YZJ压装机整机液压系统设计

广西工学院毕业设计共 48 页 第 页1第一章 绪论第一节 课题背景课题来源：课题来自柳州欧维姆机械有限公司，是该公司正在着手进行的总装车间改造项目之一，进行装机的设计，提高装配过程的机械化和自动化水平。柳州欧维姆机械股份有限公司是柳州的重量级企业之一，是 2002 年 10 月由柳州市建筑机械总厂（成立于 1966 年） 、深圳华强集团景丰投资有限公司、同济大学和东南大学共同出资成立，注册资本 9000 万元，是国家建设部定点生产预应力机具的最大生产企业，是集科研、设计、生产以及预应力施工于一体的中型企业。在生产经营管理上已采用基于国际工业流行的 MRP-II 原理的软件 CAPMS，建立并实现了计算机网络化管理。公司工艺先进，设备齐全，拥有各类数控机床、加工中心、计算机控制的热处理设备、大型精密加工设备，实现了产品的半自动化生产。产品已形成 4 大类、30多个系列、400 多个品种，OVM 锚固体系、张拉机具、缆索制品、橡胶支座和伸缩缝等产品畅销海内外，体外预应力材料、钢绞线拉索体系、液压提升、顶推及转体系统、新型吊杆、系杆、悬索桥产品（锚碇等） 、真空辅助灌浆（含塑料波纹管）系统等新产品为企业注入了新的活力。企业总资产达 3 亿多元，拥有专业技术人员 300 名，占员工总数的 35%，2005 年销售收入达 5 亿元人民币。企业于 1995 年和 1996 年分别通过了中国 CQC 和英国 BSI 学会的 ISO9001：1994双重认证，并于 2001 年 3 月 6 日正式采用 ISO9001：2000 标准，成为同行最早转换质量体系标准的企业。产品质量和各项性能指标达到了 GB/T14370-2000、JT/4-93、JT3141-90、JT329.1-1997、JT329.1-1997 等标准，并经国际预应力混凝土协会（FIP） 、英联邦政府认可的检测机构、日本、新加坡、香港等国家及地区的质量权威检测机构的严格检定，证实公司产品性能指标达到了国际推荐的 FIP 标准、英国 BSI标准、日本 JIS 标准，总体技术水平居国内领先，部分产品达世界同行先进水平。 截止目前，企业已获专利授权 180 多项，其中 2002 年新增专利为 26 项。2001 年“夹片式拉索群锚及安装方法”专利荣获第七届中国专利金奖。 1996 年 12 月企业建立了国家级企业技术中心，下设有开发、试验检测、计算机、信息四大中心，建立了有效的激励约束机制，具有了较强的预应力产品和技术的科研设计、试制能力，能够承担近、中和远期项目开发，技术创新机制灵活、技术全面、实力雄厚。2001 年 8 月成立了同济 OVM 预应力研究中心，与同济大学合作进行预应力新结构的研究。2002 年 12 月，国家人事部正式批准 OVM 公司设立博士后科研工作站，广西工学院毕业设计共 48 页 第 页2以此为平台，采用流动管理的方式，将所有参与 OVM 公司开发及研制的高级人才整合在站内，使我们既可利用现有的开发成果，又为国际化的竞争储备了高精尖人才。 该公司在北京、上海、广州、武汉、西安、重庆等设立了办事处，在其它省区和重要城市均设立了联络处，并在越南、新加坡、香港特区设立了办事机构，销售网络遍布全国及东南亚地区。生产率是制约企业经营状况的重要指标，直接关系到企业的生存，柳州欧维姆机械股份有限公司正在进行总装车间的改造，以提高生产率、降低成本。进行进行千斤顶压装的时间称为工序时间，它主要由装配工件所需的机动时间和装卸工件等所需的辅助时间组成。要提高生产率，就必须降低工序时间。使千斤顶方便的装配起来，因此可以大大缩短辅助时间，另外，采用压装机可降低对操作工人的技术水平等，工序时间的缩短，生产率的提高及产品质量的稳定，必有利于企业的发展。扩大压装机的装配千斤顶范围，做到一机多能，对于该企业，由于千斤顶的品种、规格和数量不一，为了适应发展的需要，设计新的产品达到到一机多用的目的。第二节 国内外研究的历史和现状压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及维修行业中具有广泛的用途。目前国内的压装机，在技术上还是 50 年代沿用至今的样式和功能，属通用型油压机。这种压装机主要由鄂城重型机械厂和天津重型机械厂等厂家生产制造。这些产品结构简单，控制系统落后，功能单一，全部人工手动操作，没有自动测量和控制系统。在压装轮对时靠人工用尺测量，用眼观测压装油缸的行进位置;接近停止位置时，操作工人手动或脚踏开关，使油缸停止前进。这种全部人工操作的压装方式己延续了几十年，毫无大的改进。这种轮对压装机最主要的缺点是人工操作，同时生产效率低，一次压装合格率低，压装质量受人为因素影响大。压装机的类型非常之多，用途不一，就他们的系统而言，有液压控制系统和液压传动系统。液压控制系统，是闭环系统，可对被控制量进行检测并加以反馈，系统按偏差调节原理工作，并控偏差信号的方向和大小进行自动调整控制系统有反馈，具有抗干扰能力，因而控制精度高。液压传动系统是开环系统，被控制量与控制量之间无联系，控制量是流量控制阀的开度或变量泵的调节参数，被控制量是执行机构的速度对被控制量不进行检测，系统没有修正执行机构偏差的能力。控制精度取决于元件的性能和系统整体的精度，控制精度较差，但调整简单性能指标侧重于静态特性，主要性能指标有调速范围，低速平稳性，速度刚度和效率。压装机工作装置的液压系统目前有以几种类型:（1）按液压泵的类型分为定量系统和变量系统。（2）按液压泵的数目可分为单泵操纵回路和双泵操纵回路，后者一般用双液压回路。广西工学院毕业设计共 48 页 第 页3（3）按液压回路的数目可分为单液压回路和双液压回路。（4）按工作装置液压回路与转向液压回路之间关系可分为独立式液压回路和复合式液压回路。近二十年来，许多工业部门和技术领域对高响应、高精度、高功率重量比和大功率的液压控制系统的需要不断扩大，促使液压控制技术迅速发展。特别是反馈控制技术在液压系统只中的应用，电子技术与液压技术的结合，使这门技术不论在元件和系统方面、理论与应用方而都口趋完善和成熟，并形成为一门学科，成为液压技术的重要发展方向之一。目前液压控制技术已经企许多部门得到广泛应用，诸如冶金、机械等工业部门，飞机、船舶交通部门，航空航天技术，海洋技术近代科学试验装爱好武器控制等。我国于五十年代开始液压伺服元件和系统的研究工作，现在已生产几种系列电掖伺服阀产品，液压控制系统也在越来越多的部门得到了成功的应用。随着国民经济的发展，液压控制技术会在史多的部门为实现我国四个现代化的宏伟日标而发挥更大的作用。随着技术的不断进步，目前国外液压系统己采用了节能效果极佳的压力一流量补偿负载传感闭式系统，国内有些公司也采用这套技术。其特点是:可以实现压力一流量控制。泵输出的流量即执行元件的速度只与操纵阀杆行程大小有关，而与负载大小无关，因此该系统具有良好的速度控制特性。该液压系统所提供功率与执行元件所要求的功率相差甚小，因而具有良好的功率控制特性，功率浪费损失小。由于系统的无用功率小，而且在系统不工作时，系统可以近似地实现“0”流量输出，因而发热小，不会产生过热现象，提高了整个液压系统的工作寿命。第三节 设 计 本 压 装 机 的 目 的通过在工厂里的实习、调研，我们了解到在与 本 压 装 机 最 接 近 的 常 规 加 工 方 法及 其 存 在 的 不 足 ： 千 斤 顶 通 常 由 油 缸 、 活 塞 、 穿 心 套 、 堵 头 、 前 后 压 板 等 零 部 件组 成 ， 在 常 规 装 配 工 艺 过 程 中 ， 需用铁锤装配千斤顶活塞、堵头等，且在装配前后压板等零部件时，装好一边以后，需用桁吊设备将待装配的千斤顶油缸偏心摆置进行翻转调头，翻转后，使用绗车吊下来，在进行另一边的装配。因此，在千斤顶的装配过程中易损伤千斤顶零部件，而且工人劳动强度很大。在装配千斤顶的过程中使用本压装机，可以提高装配过程的机械化和自动化水平，避免对零部件的损伤，提高装配广西工学院毕业设计共 48 页 第 页4质量，降低工人的劳动强度。第四节 本课题研究内容及思路本课题目的在于根据YZJ压装机整机要求，设计出与整机相匹配的液压系统。本课题将以YZJ压装机为研究对象，以液压传动系统设计为手段，设计出符合YZJ压装机整机性能要求的液压系统。（一）本课题主要研究内容有以下几方面（1）国内外压装机发展概况。（2）液压系统的设计。（3）液压缸的设计。（4）液压集成块设计。（5）液压站设计。（6）液压油箱的计算。在本次的控制系统设计中，从工厂的角度出发，要求以低成本来实现压装机的各个功能，设计中，主要进行液压传动系统的设计。液压传动系统是以液体为工作介质进行能量传递和控制的一种传动方式。按其工作原理的不同又可分为液力传动和液压传动。液压传动是基于流体力学的帕斯卡原理，主要利用液体静压能来传递动力，故也称容积式液体传动或静液传动。液压传动的基本特征是:以液体为工作介质，靠处于密闭容器内的液体静压力来传递动力，其静压力的大小取决于外负载;负载速度的传递是按液体容积变化相等的原则进行的，其速度大小取决于流量。 在液压系统的设计中，主要包括液压元件的设计计算与选择，液压辅助装置的计算、设计或选择；液压传动系统的验算与校核。（二）设计步骤一台机器究竟采用什么样的传动方式，必须根据机器的工作要求，对机械、电力、液压和气压等各种传动方案进行全面的方案论证，正确估计应用液压传动的必要性。当确定采用液压传动后，其设计内容和步骤大体如图11所示*这里所述的设计内容和步骤只是一般的系统设计流程，在实际设计过程中不是一成不变的，对于较简单的液压系统，可以简化其设计程序；对于重大工程的复杂液压系统，往往还需在初步设计的基础上进行计算机仿真实验，或者局部地进行实物实验，反复修改，才能确定设计方案。另外，这些步骤又是相互关联，彼此影响的，因此常需穿插交叉进行。广西工学院毕业设计共 48 页 第 页51全面了解主机的结构和总体布局，这是合理确定液压执行元件的类型、工作范围、安装位置及空间尺寸所必需的，现代液压机械的工作机构越来越复杂。对于工作机构运动形式比较复杂的情况，如能采用经济适用的液压执行元件，并巧妙地使之与其它机构相配合，不仅能简化液压系统，降低设备造价，而且能改善液压执行元件的负载状况和运动机构的性能。2. 压力相流量是液压系统的主要参数。根据这两个参数来计算和选择液压元、辅件和原动机的规格。系统压力选定后，液压缸主要尺寸即可确定，接着就可根据液压缸的速度确定其流量。3.拟定液压系统图是液压系统设计中的一个重要步骤。这一步要做的主要工作：一是选择基本回路，二是把选出的回路组成液压系统。4. 液压元件的选择主要有：液压执行元件的选择、液压泵的选择、控制阀的选择、确定油箱的容积、过滤器的选择、液压油的选用。5.液压系统性能验算。6.液压装置结构设计及编制技术文件总体步骤如下：广西工学院毕业设计共 48 页 第 页6第二章 压装机液压系统总体设计第一节 液压系统的工作要求一 液压系统的组成压装机的系统，采用液压传动系统，液压系统若能正常工作必须由以下五部分组成：(1)动力装置 它是把原动机输入的机械能转换为液体压力能的能量转换装置，一般由电动机和液压系组成，其作用是为液压系统提供压力油。(2)执行元件 它是将液体的压力能转换为机械能的能量转换装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(直线运动)，或力矩和转速(回转运动)。这类元件包括各类液压缸和液压马达。(3)控制调节元件 它是能控制或调节液压系统中油的压力、流量或方向，广西工学院毕业设计共 48 页 第 页7以保证执行装置完成预期工作的元件。这类元件主要包括各种液压阀，如溢流阀、节流阀以及换向阀等。(4)辅助元件 辅助元件是指油箱、蓄能器、油管、管接头、滤油器、压力在以及流量计等。这些元件分别起散热贮油、蓄能、输油、连接、过滤、测量压力和测量流量等作用，以保证系统正常工作，是液压系统不可缺少的组成部分 o(5)工作介质 它在液压传功及控制今起传递运动、动力从信号的作用。工作介质为液压油或其它合成液体。二 压装机的工作原理 压装机是对机械零部件进行安装以及拆卸为目的的设备，在机械加工以及机械维修行业中具有广泛的用途。该 压 装 机 各 动 作 是 由 液 压 传 动 系 统 来 实 现 。 系 统 主 要 包括 以 下 几 个 部 分 ： 液 压 动 力 元 件 、 执 行 元 件 、 控 制 元 件 、 辅 助 元 件 、 工 作 液 体 。 通过 压 装 机 的 技 术 方 案 ， 我 们 了 解 到 压 装 机 的 工 作 原 理 ， 在 控 制 系 统 设 计 中 ， 要 实现 的 有 ： 机 械 手 对 千斤顶的 夹 持 、 提 升 、 千斤顶翻转180，压 装 机 对 活 塞 的 压 装 ，这 些 动 作 ， 由 液 压 系 统 来 实 现 ,通 过 电 磁 换 向 阀 来 控 制 油 缸 的 换 向 ,在 压 装 机 中 ,主 机 对 液 压 系 统 执 行 元 件 在 位 置 布 局 和 空 间 尺 寸 上 的 限 制 ,要 解 决 液 压 执 行 元 件的 动 作 顺 序 ， 完 成 压 装 机 的 转 、 提 升 、 压 活 塞 等 动 作 ， 要 求 在 提 升 过 程 中 ， 将 机械 手 与 千 斤 顶 一 起 提 升 ， 机 械 手 夹 持 牢 固 千 斤 顶 ， 压 装 器 能 够 实 现 活 塞 的 压 入 。 工人 在 操 作 台 前 ， 使 用 不 同 按 钮 实 现 本 压 装 机 的 各 个 动 作 。 (如图1.1） ，机械手的液压系统中的换向阀右边通电时，机械手油缸的活塞顶出，机械手张开，松开夹持的千斤顶，当换向阀左边通电时，机械手夹紧，夹持住千斤顶。为了使压装机工作平稳，便于实现自动化和简化设计制造过程，压装机的机械手质量约3.5吨，当机械手被提升到一定高度后 ，手动使液压提升缸停止。为了便于自动化和产生足够的夹紧力，千斤顶的夹紧也用液压来实现。而工件的夹紧与提升，必须按照一定顺序进行，也就是说，在整个千斤顶的压装过程中，夹紧提升翻转放下压装。广西工学院毕业设计共 48 页 第 页8图 1.1三 系统达到的功能要求和技术指标本 压 装 机 的 技 术 要 求 如 下 ：1. 本 压 装 机 主 要 用 途 是 将 油 缸 作 180翻 转 和 将 活 塞 压 入 油 缸 。 其 中 油 缸 的180翻 转 主 要 有 机 械 手 的 夹 持 以 及 整 个 机 械 手 部 件 的 升 降 机 械 手180翻 转 组 成 ；2. 本 压 装 机 适 用 YCW100AYCW500A 型 千 斤 顶 ， YDG400-400 型 千 斤 顶的 安 装 ；3. 机 械 手 夹 持 油 缸 的 范 围 为 200 530， 翻 转 油 缸 的 最 大 长 度 为L=950mm；4. 夹 持 翻 转 的 最 大 重 量 为 m=700kg；5. 机 械 手 油 缸 工 作 额 定 压 力 为 P=6.3MP， 最 大 工 作 拉 力 F=110KN；6. 夹 持 油 缸 翻 转 180工 作 时 间 为 t=15s；7. 机 械 手 部 件 提 升 行 程 为 h=1020mm， 从 下 提 升 到 上 所 需 时 间 为 1min；8. 压 装 机 行 走 的 行 程 为 S=6250mm， 所 需 时 间 为 2min。第 二 节 液 压 系 统 参 数 计 算一 确定液压缸负载（一） 提升阶段液压缸负载提升液压缸负载 F，查文献 2表 20-2-15 中公式F= R（2.1）广西工学院毕业设计共 48 页 第 页9式中 R液压缸外作用力，KN；液压缸总效率查参考文献2表 20-6-3，在额定压力下的液压缸，总效率为 =0.90.95 ，取=0.93，提升液压缸所受外作用力 R=35.4KN，代入公式（ 2.1）得：F= = =3.81 KN 35.409410（二）压装液压缸负载压装液压缸外作用力 R=160 KN ，=0.93，由公式（2.1）得：F= = =172.04KNR6.3对各个液压缸的负载情况进行计算，列表如下：表 1液压缸 液压缸外作用力 R（KN） 力 F= （KN）/R提升液压缸 35.4 39.33压装液压缸 160 172.04机械手液压缸 70 75.27夹轨液压缸 20 22.22二 压装液压缸主要尺寸的确定（一） 初选液压系统压力系统压力选定得是否合理，直接关系到整个系统设计的合理程度。在液压系统功率一定的情况下，若系统压力选得过低，则液压元、辅件的尺寸和重量就增加，系统造价也相应增