文献综述-液压机设计

一、课题国内外现状 液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。自 19 世纪问世以来发展很快，已成为工业生产中必不可少的设备之一。由于液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各个部门获得了广泛应用。四柱式（通用）液压机属于板料冲压液压机，这类液压机主要用于各种金属板料的冲压成型，包括落料、冲裁、拉伸、弯曲、翻边、精密冲裁等，还可以用于冷挤、校正、压装、粉末制品、磨料制品、塑料制品和绝缘材料的压制成型。 液压机由于具有以下多方面的优点，因此在很多 领域得到广泛应用。 1）基于液压传动原理，执行元件结构简单，结构上易于实现很大的工作压力，较大的工作空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件。 2）由于执行元件结构简单，具有灵活布置的特点，因此可以根据工艺要求进行多方位的布置以及多地点分散布置。 3）在行程的任何位置均可产生液压机额定的最大压力。 4）活动衡量的总行程可以在一定范围内任意无极改变，行程的下转换点也可以根据工艺要求方便的控制和改变。 5）可以用不同阀的组合来实现工艺过程的不同程序，方便的适应程序的变化，便于实现程 序控制及计算机自动控制。 6）工作平稳、撞击、振动和噪声较小，对工人健康、厂房基础、周围环境及设备本身都有很大好处。 由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，国内外液压机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量相对较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。在国内外液压机产品中，按照控制系统，液压机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型 液压机；一种是采用可编程控制器控制的液压机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。 （ l）继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度要求不高的大批量生产（如餐具、厨具产品等），其也可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内许多液压机厂家是以这种机型为主，使用对象多为小型加工厂，或加工精度要求 不高的民用产品。国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。 （ 2）可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。随着技术的不断发展，可编程序控制器的功能更加丰富。早期的可编程序控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程序控制器的中央处理单元（ 从而扩大了 控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制机相比有一定差异。现在，国内有些厂家采用可编程控制器控制方式，如天津锻压机械厂有近 60%的产品装有 过采用 制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。国外厂家如丹麦的 司采用了 可编程控制器，实现对压力和位移的控制。 （ 3）工业控制机控制方式是在计算机控制技术 成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机或单片 / 单板机作为主控单元，通过外围接口器件（如 A/ D， D/ A 板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。这种控制方式的主要特点如下： 具有友好的人机交互性，操作简单。如： 司的产品，可通过数字面板显示输入压力、快进和回程速度、压制速度及保压 / 停机时间参数，极大减轻了劳动强度。 控制精度高。数字控制的行程长度及工作行程与传统的机械式的行程 开关控制相比，精度有极大的提高。一般控制精度可达到 2。 易于实现高速化，提高生产效率。如美国的 司通过采用电子微处理控制方式，工作循环比以前快 60%。 可顺利实现对工作参数（压力、速度、行程等）的单独调整。通过对控制参数的单独控制，调整被加工材料的流动，能进行复杂工件、不对称工件的加工。 预存工作模式，可对不同工件的工艺过程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。这与柔性加工要求相适应。 对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。 在安全方面 ，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。如 机型和 司都有此项功能。 易实现生产线的集成控制，组成柔性生产线及与上位机进行通讯和实现调度控制。现在，国外众多液压机生产厂家生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压机产品，如美国 麦 加拿大的 公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大提高。而与国外发展情况相比，国内极少有采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用 可编程控制器（ 控制方式。作为液压机两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距。主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、 叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。国外已开始广泛采用封闭式循环油路设计。这种油路设计有效地防止泄油和污染。更重要的防止灰尘、污物、空气、化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维护，如 品可实现负载检测、自动模具保护以及错误诊断等功能。 二、研究主要成果 早在 1662 年，帕斯卡就发现了利用液体产生很大力量的可能性， 1795 年，英国人 得了第一个手动液压机的专利，但真正液压机的发展历史不到200 年。 随着西方资本主义的发展，蒸汽机的发明，引发了工业革命，具有悠久历史的锻造工艺也逐步由手工锻造转变为机器锻造。 16 世纪初，出现了第一批水利机械锤。 1893 年，第一台蒸汽锤出现。此后，伴随着机械工业的发展，锻件尺寸越来越大，锻锤已做到落下部分超过 100 吨，如此笨重的锤，操作困难，振动十分巨大。 18591861 年在维也纳铁路工厂有了第一批用于金属加工的 70000000 12000液压机。 1884 年，英国 曼彻斯特首先使用了锻造钢锭用的锻造水压机，与锻锤相比，运动部件不必那么重，振动又小，发展很快。在18871888 年间，制造了一系列锻造水压机，其中包括一台 40000大型水压机。 1893 年，建造了当时最大的 120造水压机。 1934 年，德国制造了70000锻水压机； 19381944 年之间，为了第二次世界大战的需要，又相继制造了三台 150锻造水压机和一台 300大型模锻水压机。美国在 1955年左右先后制造了两台 315两台 450大型模锻水压机。苏联则在 20世纪 50 年代中期 到 60 年代初期，先后建造了几台 300锻水压机以及世界上最大的 750锻水压机。此外，在英国、法国、联邦德国也都先后建造过200300各种大型模锻液压机。 1976 年，在法国投产了西欧最大的 650 液压机发展到现在，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。 在我国，液压行业的发展仅仅有 50 年左右。 19571958 年，我国开始自行设计，自行制造 25000中型锻造水压机。 20 世纪 60 年代初期，在我国的上海和东北，又各自建立了一台 120的大型锻造水压机。中、后期，我国又先后成套设计并自行制造了一批技术要求更高的大型液压机，其中包括300色金属模锻液压机， 120色金属挤压液压机， 80色金属模锻水压机。 20 世纪 70 年代，我国已开始向国外出口了多台各种吨位的锻造液压机。其中最大的一台为 60造水压机。至此，我国的液压机设计与制造行业，已经达到了相当高的水平。 三、发展趋势： （ l）高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效 率，降低生产成本。 （ 2）机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 （ 3）自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自诊断和调整，具有故障预处理的功能。 （ 4）液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。 四、存在问题 1）液压元件制造精度要求高 由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。 2）实现定比传动困难 液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的 。 3）油液受温度的影响 由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。 4)不适宜远距离输送动力 由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。 5）油液中混入空气易影响工作性能 油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。 6）油液容易污染 油液污染后，会影响系统工作的可靠性。 7）发生故障不易检查和排除 。 五、主要参考文献 1俞新陆液压机的设计与应用机械工业出版社， 2006 12 2雷天觉新编液压工程手册北京：北京理 工大学出版社， 1998 3成大先机械设计手册北京：化学工业出版社， 1997 4宋学义袖珍液压气动手册机械工业出版社， 1995 5张利平液压控制系统及设计北京：化学工业出版社， 1997 6张利平液压气动系统设计手册北京：机械工业出版社， 1997 7张利平现代液压技术应用 220 例北京：化学工业出版社， 2004 8官中范液压传动系统北京：机械工业出版社， 1981 9路甬祥液压气动技术手册北京：机械工业出版社， 2