【毕业设计论文】冲压机床液压控制系统设计置-说明书1【有对应的CAD图】

订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 毕业设计说明书( 论文) 题 目 : 冲压机床液压控制系统设计 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 液压机是冲压机床的重要组成部分之一，由于传统试验法成本高、效率低、 系统动态分析复杂，一直是液压机设计的瓶颈。 本文首先针对 3 1 5 0 K N 四柱式液压机液压控制系统性能的要求， 提出了该系统 总体设计方案，初步确定了系统各回路的基本结构及主要元件选型；进而，以 A M E s i m 为仿真平台进行液压系统建模，并对该系统进行了动态性能仿真，发现了 系统初步设计中存在着压力冲击大及回程速度慢两个问题，最后提出了增加释压 回路和增大工作缸活塞杆直径的两个解决方案以解决问题，从而达到优化系统、 缩短设计周期和提高系统稳定性的目的。 关键词 冲压机床 液压机 液压控制系统 仿真 本科毕业设计说明书（论文） 第I V页 共页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 本科毕业设计说明书（论文） 第V页 共页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 T i t l e M o d e l i n g a n d S i m u l a t i o n o f P u n c h i n g M a c h i n e H y d r a u l i c C o n t r o l S y s t e m A b s t r a c t H y d r a u l i c P r e s s e s i s o n e o f m o s t t h e i m p o r t a n t p a r t o f t h e p u n c h i n g m a c h i n e . D u e t o t h e h i g h c o s t , l o w e f f i c i e n t a n d c o m p l i c a t e d o f t r a d i t i o n a l t r y - e r r o r t e s t , t h e d y n a m i c a n a l y s e a n d e v a l u a t e o f t h e s y s t e m a l w a y s i s t h e b o t t l e - n e c k o f t h e d e s i g n o f h y d r a u l i c p r e s s e s . F i r s t l y , a i m e d a t t h e r e q u i r e m e n t o f t h e p e r f o r m a n c e o f t h e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m o f 3 1 5 0 K N t y p e f o u r - p i l l a r s h y d r a u l i c m a c h i n e , o v e r a l l d e s i g n o f t h i s s y s t e m w a s p r o p o s e d . F u r t h e r m o r e t h e c o n f i g u r a t i o n o f l o o p s , t h e t y p e o f m a i n c o m p o n e n t s w e r e g i v e n . M o r e o v e r i t w a s m o d e l e d w i t h A M E S i m . B y d y n a m i c s i m u l a t i o n o f s y s t e m , t h e p r o b l e m s s u c h a s e x c e s s i v e p r e s s u r e i m p a c t a n d t o o s l o w r e t u r n r a t e e x i s t i n p r e l i m i n a r y d e s i g n w e r e f o u n d . F i n a l y , a d d i t i o n a l a p r e s s u r e - r e l e a s e l o o p a n d i n r e a s e t h e d i a m e t e r o f t h e r o d w e r e p u t f o r w a r d a s s o l u t i o n s t o s o l v e t h o s e p r o b l e m s . T h e r e f o r e , t h e p u r p o s e o f o p t i m i z i n g s y s t e m , s h o r t i n g d e s i g n c y c l e a n d i m p r o v i n g t h e s t a b i l i t y o f s y s t e m c a n b e a c h i e v e d . K e y w o r d s P u n c h i n g m a c h i n e H y d r a u l i c p r e s s e s H y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m s i m u l a t i o n 本科毕业设计说明书（论文） 第V I页 共页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 目 录 1 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 1 研究背景及意义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 2 国内外研究现状和发展趋势 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 . 2 . 1 液压控制技术的发展情况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 . 2 . 2 液压系统仿真技术的发展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 3 论文主要研究内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 1 4 论文的组织结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2 冲压机床液压控制系统总体设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2 1 液压机的工作原理及特点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2 . 1 . 1 液压机的工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2 . 1 . 2 液压机的主要结构形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2 . 1 . 3 液压机基本参数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 2 . 1 . 4 液压机的特点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2 2 液压控制系统的功能和组成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 2 3 3 1 5 0 K N 四柱式通用液压机系统设计及其分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 2 . 3 . 1 液压机的液压系统功能需求分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 2 . 3 . 2 液压机的系统图及系统工作原理分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 2 . 3 . 3 系统控制基本回路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 3 3 3 1 5 0 K N 四柱式液压机液压系统详细设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 7 3 1 液压缸的尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 8 3 . 1 . 1 工作缸的尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 8 3 . 1 . 2 顶出缸的尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 9 3 2 计算液压系统工作的流量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 9 3 3 选择液压泵的规格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1 3 4 确定控制阀的尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2 4 基于 A M E S i m 的液压控制系统建模与仿真分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3 4 1 建模仿真软件 A M E S i m 简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3 4 2 基于 A M E S i m 液压系统的仿真设计步骤 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 4 4 3 基于 A M E S i m 的 3 1 5 0 K N 液压机液压控制系统的建模与仿真 . . . . . . . . . . . . . .2 7 4 . 3 . 1 系统建模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 7 本科毕业设计说明书（论文） 第V I I页 共页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 4 . 3 . 2 仿真结果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 9 4 . 3 . 3 液压控制系统的改进 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 2 结束语 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 6 致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 8 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 9 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 1 绪论 1 1 研究背景及意义 随着现代工业的发展，对液压传动与控制系统的性能和控制精度等提出了更高的 要求，而运用计算机仿真技术对液压系统进行分析具有重要的意义。计算机仿真技术 不仅可以预测系统性能， 减少设计时间， 还可以对所涉及的系统进行整体分析和评估， 从而达到优化系统，缩短设计周期和提高系统稳定性的目的 1 。 液压系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动液 压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、不 同方向的动作。完成各种设备不同的动作需要。 液压控制系统可以在运行过程中实现大范围的无级调速，在同等输出功率 下，液压传动装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。采用液压传动 可实现无间隙传动，运动平稳，便于实现自动工作循环和自动过载保护。由于一 般采用油作为传动介质，因此液压元件有自我润滑作用，有较长的使用寿命。液 压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。 本课题针对 3 1 5 0 K N四柱式液压机，首先设计液压机的液压控制系统，进而基于 A M E S i m 软件进行了冲压机床液压控制系统数字建模，并完成动态仿真实验，帮助企业 降低成本实现冲压机床液压系统优化的目的 2 。 1 2 国内外研究现状和发展趋势 1 . 2 . 1 液压控制技术的发展情况 当前，液压技术在实现高压，高速，大功率，高效率，低噪声，经久耐用，高度 集成化等各项要求方面都取得了重大的发展，在完善比例控制，伺服控制，数字控制 等技术上也有许多新成就。下面的表格简洁的介绍了国内外液压技术发展动向 3 。 表 1 . 1 国内外液压技术发展的动向 国内 国外 发展内容 小型化、集成化、多样化 机电一体化集成元件和系统 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 高压、高速、高精度、高可靠性 智能化自动控制元件和系统 高效、节能、环保 高精度数字控制元件和系统 机电一体化 水介质液压元件和系统 1 . 2 . 2 液压系统仿真技术的发展 从 2 0 世纪 7 0 年代初开始，国外开始进行液压系统和元件的计算机数字仿真研 究，我国也从 2 0 世纪 7 0 年代末 8 0 年代初开始进行液压系统与元件的仿真研究。经 过几十年的研究开发，液压仿真软件包的性能实现了从原先的精度低，速度慢发展到 精度高，速度快；从只能处理单输入、单输出的线性系统发展到能处理多输入、多输 出的非线性系统；从复杂的编程和输入发展到交互友好的图形用户界面等都有极大的 提升。特别是近几年，国外尤其在欧洲液压仿真技术得到了飞速发展，各款老牌的液 压仿真软件纷纷推出了面目一新的版本。如英国的 B a t h f p ，瑞典的 H o p s a n ，德国 的 D S H + 等。另外一些擅长液压仿真的综合系统仿真软件在商业上也获得了很大的成 功，具代表性的有法国的 A M E S I M ，波音公司的 E a y 5 。 作为一种多学科领域复杂系统建模仿真解决方案，A M E S i m （A d v a n c e d M o d e l i n g E n v i r o n m e n t f o r S i m u l a t i o n o f e n g i n e e r i n g s y s t e m s ）提供了一个系统工程设计 的完整平台，使用户得以建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真 计算和深入的分析。用户可以在 A M E S i m平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性 能，如在燃油喷射、制动系统、动力传动、机电系统和冷却系统中的应用。工程设计 师完全可以应用集成的一整套 A M E S i m应用库来设计一个系统，所有这些来自不同物 理领域的模型都是经过严格测试和实验验证的， A M E S i m 可让工程师迅速达到建模仿真 的最终目标，使用户从繁琐和高度专业的数学建模中解放出来，从而专注于物理系统 本身的设计 4 。 A M E S i m正处于不断的快速发展中，A M E S i m软件目前在中国销售的主要产品模块 有：4 个操作平台、1 个三维动画前后处理工具、2 8 个应用模型库（共有 3 , 5 0 0 个模 型） 、5个接口工具、1个优化设计工具包以及 1 0个实时仿真代码生成功能。现有的 应用模型库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型） 、液压元件设计库、 液阻库、注油库 （如润滑系统） 、气动库 （包括管道模型） 、气动元件设计库、热库、 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 热液压库、热液压元件设计库、热气动库、冷却系统库、二相流库、空气调节库、电 磁库、电机及驱动库、I F P 整车性能库/ 驾驶库、I F P 发动机库、I F P 排放库、I F P C 3 D 三维燃烧计算功能、平面机构库、动力传动库、车辆动力学库、换热器布置工具库、 混合气体库、湿空气库。作为在设计过程中的一个主要工具，A M E S i m 还具有与其它软 件包丰富的接口，例如 S i m u l i n k 、A d a m s 、L a b V I E W 、S i m p a c 、F l u x 2 D 、R T L a b 、d S P A C E 、 i S I G H T 等等 5 。 当前液压系统仿真技术中存在的主要问题有： （1 ）系统建模不易； （2 ）系统仿真的精度和可靠性不高； （3 ）仿真模型库不完善； （4 ）仿真软件的通用性不好； （5 ）液压系统仿真技术对用户要求太高。 因此，目前液压系统仿真技术的发展趋势是： （1 ）深入研究先进的建模方法； （2 ）大力发展分布交互式仿真技术； （3 ）进行面向对象仿真技术的研究； （4 ）开展人机和谐仿真环境的研究； （5 ）在液压系统仿真技术中引入数据库技术。 1 3 论文主要研究内容 本课题针对企业需求，首先结合国内外液压控制技术的运用现状与发展趋势，设 计一套适用于工业生产的冲压机床液压控制系统，并基于 A M E S i m软件进行冲压机床 液压控制系统数字建模，并完成动态仿真实验，实现帮助企业实现冲压机床液压系统 优化的目的。 本论文主要研究内容如下： （1 ）研究目前国内外冲压机床液压传动与控制技术的发展现状，尤其是液压机 的功能、组成、工作原理及特点。 （2 ）对 3 1 5 0 K N 四柱式通用液压机的液压控制系统进行性能需求分析，并进行总 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 体方案设计、动作顺序及回路组成分析。 （3 ）根据工作参数要求对液压系统进行设计计算，对主要元件如液压缸、泵和 控制阀进行设计计算及选型。 （4 ）借助液压/ 机械建模仿真软件 A M E S i m对所设计的液压机液压控制系统初步 方案进行建模与动态特性仿真分析。 （5 ）根据仿真结果对系统初步方案进行改进，并对改进后的系统再进行建模和 仿真性能分析。 1 4 论文的组织结构 本文第一章绪论，详述了液压系统及仿真手段目前的研究现状与趋势，概述了本 论文的研究内容及其意义。 本文第二章中，对冲压机床进行了研究，重点分析了液压机的液压控制系统，并 由此做出对 3 1 5 0 K N 四柱式液压机的液压控制系统的总体设计。 本文第三章对所设计的液压系统进行液压元件的选择计算，确定其具体参数。 本文第四章首先对机械/ 液压建模仿真软件 A M E S i m 进行了研究， 然后基于 A M E S i m 对所设计的 3 1 5 0 K N四柱式液压机的液压控制系统进行建模与动态仿真，分析了仿真 结果，并发现了初步设计方案中存在的压力冲击过大和回程速度慢的问题，对此提出 了为系统加装释压回路和改变工作缸活塞杆直径两个改进方案，并给出了改进后的仿 真结果。 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 2 冲压机床液压控制系统总体设计 2 1 液压机的工作原理及特点 2 . 1 . 1 液压机的工作原理 液压机的工作原理如图 2 . 1 所示。两个充满工作液体的具有柱塞或活塞的容腔由 管道相连接。当小柱塞上作用的力为 1 F 时，根据帕斯卡原理：在密闭的容器中，液体 压力在各个方向上是相等的，则压力将传递到容腔的每一点。因此，在大柱塞 2 上将 产生向上的作用力 2 F ，迫使制件 3变形，且 2121 /FFAA=。 1 A ， 2 A 分别为小柱塞 1 和大柱塞 2 的工作面积 6 。 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 图 2 . 1 液压机工作原理图 液压机的本体结构及工作原理可用图 2 . 2 来表明。 1 - 充液罐 2 - 上粱 3 - 主缸及活塞 4 - 活动横梁 5 - 立柱 6 - 下梁 7 - 顶出缸 图 2 . 2 液压机本体机构图 滑块在工作主缸的驱动下，以立柱为导向，在上下横梁之间往复运动。滑块下端 面固定有上模具，而下模具则固定与下横梁上的工作台上。当高压液体进入主缸的上 腔，推动滑块向下运动，使工件在上下模具之间产生塑性变形。当主缸下腔进油时则 推动滑块往上运动，同时下横梁内的顶出缸顶出工件 7 。 2 . 1 . 2 液压机的主要结构形式 按照结构形式分类，液压机主要包括单柱液压机、四柱液压机、框架液压机及其 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 他结构的液压机。 液压机有单动、双动、三动三种基本的动作方式。在单动方式中，压头（或滑板） 作为移动部件单向移动完成压制过程。这种工作方式没有压边装置。单动压力机主要 用于薄型工件成型中，适用于卷材和带型材料。双动型压力机有两个移动部件：滑板 （或冲头）和模板。其工作过程是，冲头（或滑板）自上而下拉伸冲料，模板充作固 定压板。在压制成型后，模板能实现打料顶出功能。可根据材料和工件的特征参数来 调整模板的压力。三动型压力机中，深拉伸滑块和压边滑块自上而下移动，由模板实 现打料动作。但是，模板也可以充作压边块来实现专门的成型操作。这种压力机也可 以做双动机用。由于内滑板和压边块相关连，因此，成型压力和压边力合成整个系统 的总负载 8 。 2 . 1 . 3 液压机基本参数 液压机的技术参数是根据它的工艺用途和结构特点确定的，它反映了液压机的工 作能力和特点，是设计液压机的重要依据 9 。 液压机的基本参数有以下内容: （1 ）公称压力（公称吨位）及其分级 公称压力是指液压机名义上能产生的最大力量，在数值上等于工作液体压力和工 作柱塞总工作面积的乘积。它反映了液压机的主要工作能力。 （2 ）最大净空距（开口高度）H 最大净空距 H 是指活动横梁停止在上限位置时，从工作台上表面到活动横梁下表 面的距离，净空距反映了液压机高度方向上工作空间的大小。 （3 ）最大行程 S 最大行程 S 指活动横梁能够移动的最大距离。 （4 ）工作台尺寸（长宽） 工作台尺寸指工作台面上可以利用的有效尺寸，如图 8 - 9 中的 B 与 T 。 （5 ）回程力 回程力由活塞缸下腔工作面积或单独设置的回程缸来实现。 （6 ）活动横梁运动速度（滑块速度） 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 可分为工作行程速度、 空行程速度及回程速度。 工作行程速度由工艺要求来确定。 空行程速度及回程速度可以高一些，以提高生产率。 （7 ）允许最大偏心距 允许最大偏心距是指工件变形阻力接近公称压力时，所能允许的最大偏心值。 （8 ）顶出器公称压力及行程 有些液压机下横梁装有顶出器。其压力和行程可按工艺要求确定。 2 . 1 . 4 液压机的特点 液压机与其他机械压力机相比具有以下特点 1 0 ： 一是动力传动为“柔性“ 传动，不象机械加工设备一样动力传动系统复杂，这种 驱动原理避免了机器过载的情况；二是液压机的拉伸过程中只有单一的直线驱动力， 没有“成角的“ 驱动力，这使加工系统有较长的生命期和高的工件成品率；三是液压 装置易于实现过载保护；四是在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动 力；五是液压装置能在大范围内实现无级调速；六是液压装置工作比较平稳。 由于液压机具有许多优点，所以它在工业生产中尤其在锻造、冲压生产中的应用 已有悠久历史，对于大件锻造、大件拉深工艺，更显其优越性。 2 2 液压控制系统的功能和组成 归纳起来，液压控制系统一般应满足以下要求 1 2 ： （1 ）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式是液压泵， 它给液压系统提供压力油。 （2 ）执行元件把油液的液压能转换成机械能的元件。有作直线运动的液压 缸，或作旋转运动的液压马达。 （3 ）控制调节元件对系统中油液压力，流量或油液流动方向进行控制或调 节的元件。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。 （4 ）辅助元件上述三部分以外的其他元件，例如油箱，过滤器，油管等。 他们对保证系统正常工作有重要作用。 （5 ）其他的一些完成逻辑功能的逻辑元件等。 液压控制系统的典型组成如图2.3 所示。 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 图 2 . 3 液压控制系统的典型组成 2 3 3 1 5 0 K N 四柱式通用液压机系统设计及其分析 2 . 3 . 1 液压机的液压系统功能需求分析 四柱液压机用途广泛，除了用于板料的冲裁、拉伸、弯曲、翻边等冲压工艺外， 还可用于冷挤、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形。 其外观如图 2 . 4 所示。 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 0 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 图 2 . 4 四柱式万能液压机外观图 其本体机构为一般的典型三梁四柱式，设有顶出缸及充液系统。它由上横梁、活 动横梁、下横梁及四根立柱组成，上横梁的中间孔安装工作缸，下横梁的中间孔安装 顶出缸，活动横梁靠四个角上的孔套装在四立柱上，上方与工作缸的活塞相连接，由 其带动活动横梁上下运动。 液压系统由能源转换装置（泵和油泵） 、能量调节装置（各种阀）以及能量输送 装置（油箱、充液筒、管路）等组成。借助电气系统的控制，驱动活动横梁及顶出缸 活塞运动，完成各种工艺动作循环。 本机器具有调整、手动和半自动三种方式可供选择。依靠活动横梁和顶出缸活塞 的配合动作完成各种制件的压制。 根据机械行业标准J B / T 9 9 5 7 . 2 - 1 9 9 9 ，现设 3 1 5 0 K N 液压机基本参数为： 公称力：3150KN 顶出力：630KN 液体最大工作压力：25MPa 滑块行程：800mm 顶出行程：300mm 开口高度：1250mm 滑块行程速度：快速下行 1 V 150mm/s 慢速下行 2 V 25mm/s 工作 3 V 10mm/s 回程 4 V 80mm/s 顶缸顶出及退回速度 5 V 50mm/s 工作台面有效尺寸左右前后：基型 2 1120 1120mm 变型 2 900 900mm或 2 1400 1400mm 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 1 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 2 . 3 . 2 液压机的系统图及系统工作原理分析 液压机的液压控制系统原理图如图 2 . 5 所示。 上滑块由主缸驱动实现加压，下滑块由下缸驱动实现顶出。 系统有两个泵，主泵为恒功率变量泵，最高工作压力由溢流阀 8的远程调压阀 9 调定。辅助泵 2 是低压小流量定量泵，用于供应液动阀的控制油。 1 - 控制泵组 2 - 主电机 3 - 液压泵 4 、1 0 - 电液换向阀 5 、7 、8 - 溢流阀 6 - 节流阀 9 - 远程调压阀 1 1 、1 5 - 电磁换向阀 1 2 - 液控单向阀 1 3 - 支承阀 1 4 - 充液阀 1 6 - 单向阀 1 7 - 压力继电器 图 2 . 5 3 1 5 0 K N 滑阀式一般用途液压机液压控制系统图 各个行程的动作如下： （1 ）启动 液压泵电机启动时，全部换向阀的电磁铁处于断电状态，泵输出的 油经三位四通电液换向阀 1 0 （中位）及阀 4 （中位）流回油箱，泵空载启动。 （2 ）活动横梁空程快速下降 电磁铁 1 Y A 及 5 Y A 通电，阀 1 0 及阀 1 1 换至右位， 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 2 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 控制油经电磁换向阀 1 1 （右位） ，打开液控单向阀 1 2 ，主工作腔下腔油经阀 1 2 、阀 1 0 （右位）及阀 4 （中位）排回邮箱，动梁在重力作用下快速下降，此时主工作缸上 腔形成负压，上部油箱的低压油经充液阀 1 4向主缸上腔充液，同时泵输出的油也经 阀 1 0 及单向阀 1 5 进入主缸上腔。 进油路：泵 3 阀 1 0 右位阀 1 5 主缸上腔 回油路：主缸下腔阀 1 2 阀 1 0 右位阀 4 中位油箱 （3 ）活动横梁慢速下降及工作加压 活动横梁下降至一定位置，触动行程开关 2 s ，使 5 Y A断电，阀 1 1复位，液控单向阀 1 2关闭，主缸下腔油须经支承阀 1 3排回 油箱，活动横梁不再靠重力作用下降，必须依靠泵输出的压力油对活塞加压，才能使 活动横梁下降，活动横梁下降速度减慢，此时，活动横梁的速度取决于泵的供油量， 改变泵的流量即可调节活动横梁的运动速度。在工作加压过程中，主工作缸内油压取 决于工件的变形阻力。 进油路：泵 3 阀 1 0 右位阀 1 5 主缸上腔 回油路：主缸下腔阀 1 3 阀 1 0 右位阀 4 中位油箱 （4 ）保压 电磁铁 6 Y A 通电，阀 1 5 接通油箱；1 Y A 断电，利用单向阀 1 5 及充液 阀 1 4 之锥面，对主缸上腔油密封，依靠油液及机架的弹性进行保压。 若主缸上腔油压降低，低到一定值时，压力继电器 1 6发出讯号，使电磁铁 1 Y A 通电，泵向主缸上腔供油，使油压升高，保持保压压力。而当油压超过一定值时，压 力继电器 1 6 又发讯号，使 1 Y A 断电，液压泵停止向主缸上腔供油，油压不再升高。 （5 ）快速回程 电磁铁 6 Y A 断，2 Y A 通电，阀 1 0 换至左位，压力油经阀 1 0 （左 位）使充液阀 1 4 开启，主缸上腔油经阀 1 4 排回油箱，压力油经阀 1 2 进入主缸下腔， 推动活塞上行，活动横梁快速回程。 进油路：泵 3 阀 1 0 左位阀 1 2 主缸下腔 回油路：主缸上腔阀 1 4 油箱 （6 ）浮动压边 当需要利用顶出缸为板料拉伸进行压边时，可先令电磁铁 3 Y A 通电，阀 4 换至左位，压力油经阀 1 0 （中位）及阀 4 （左位）进入顶出缸下腔。顶出 缸上腔油经阀 4 （左位）排回油箱，顶出活塞上行，当压靠压边圈后，令 3 Y A 断电。 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 3 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 坯料进行反拉伸时，顶出缸活塞在动梁压力作用下，随动梁一起下降。顶出缸下 腔油经节流阀 6 及溢流阀 5 排回油箱，由于节流阀 6 存在一定节流阻力，因而产生一 定油压，相应使顶出缸活塞上产生一定的压边力。调节溢流阀 5 即可改变此浮动压边 力。 （7 ）顶出器顶出及退回 电磁铁 3 Y A通电，阀 4换至左位，顶出缸活塞上行， 顶出。 进油路：泵 3 阀 1 0 中位阀 4 左位顶缸下腔 回油路：顶缸上腔阀 4 左位油箱 而电磁铁 4 Y A 通电，阀 4 换至右位，则顶出缸活塞下行，退回。 进油路：泵 3 阀 1 0 中位阀 4 右位顶缸上腔 回油路：顶缸下腔阀 4 左位油箱 （8 ）停止 全部电磁铁处于断电状态，阀 4 和阀 1 0 处于中位，液压泵 3 输出的 油经阀 1 0 （中位）及阀 4 （中位）排回油箱，泵卸荷。液控单向阀 1 2将主工作缸下 腔封闭，支承活动横梁悬空，停止不动。 其他 溢流阀 8 及远程调压阀 9 作为系统安全调压用，溢流阀 7 则作为顶出缸下 腔安全限压用 1 4 。 表 2 . 1 为电磁铁动作顺序表。 表 2 . 1 3 1 5 0 K N 液压机电磁铁动作顺序表（滑阀式） 液压缸 动作名称 1 Y A 2 Y A 3 Y A 4 Y A 5 Y A 6 Y A 快速下行 慢速下行 保压 工作缸 快速回程 顶出 顶出缸 退回 2 . 3 . 3 系统控制基本回路 任何复杂的液压系统总是由一些基本回路所组成的。所谓基本回路，就是在系统 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 4 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 中采用某些液压元件为实现某种动作或性能要求而组成的典型油路。常见的基本回路 按其在系统中的功能可分为：压力控制基本回路、方向控制基本回路、速度流量控制 基本回路、多执行元件工作控制回路以及其它回路。 下面主要分析本系统中的一些基本控制回路。 （1 ）压力控制基本回路 压力控制基本回路是用压力控制阀来控制或调节整个液压系统或某一部分的油 液压力，以获得执行元件所需要的力或转矩，或保持受力状态、防止系统过载、防止 系统液压冲击以及减少系统能量损耗的回路。下面主要介绍调压、卸荷、保压等回路。 （a ）调压回路 调压回路的功能是使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数 值。 如图 2 . 6 所示：在泵 3 的出口处设置并联的溢流阀 8 和远程调压阀 9 ，使泵的出 口压力基本维持恒定。 图 2 . 6 调压回路 （b ）卸荷回路 卸荷回路的功能是使液压泵在接近零压的情况下运转，这样可以避免频繁启动电 机，减少功率损失和系统发热，延长泵和电机的使用寿命。本系统中串联油路泵通过 两个换向阀中位卸压，如图 2 . 7 所示。 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 5 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 图 2 . 7 卸荷回路 （c ）保压回路 有些机械要求具有保压的功能，即在工作循环的某一阶段内保持规定的压力。保 压回路应满足保压时间、压力稳定、工作可靠及节能等多方面的要求。 在本系统采用单向阀 1 6 保压。 （2 ）速度流量基本控制 在液压系统中，执行元件的速度是由供给执行元件的液流量来控制的。因此，对 液流量的控制实质上就是对执行元件运动速度的控制。其控制方式有阀控及泵控两 种，前者是通过改变节流元件的通流面积，后者则是通过改变液压泵或液压马达的排 量。速度控制回路包括调速回路、快速运动回路、速度换接回路等。速度控制回路往 往是液压系统中的核心部分，它的工作性能优劣对系统起着决定性的作用。 （a ）调速回路 调速回路有节流调速回路、容积调速回路和容积节流调节回路，本系统采用的是 容积调速回路。 通过改变泵或马达的排量来进行调速的方法成为容积调速，这种调速回路由变量 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 6 页 共 3 6 页 订做机械设计 ( 有图纸 C A D 和 W O R D 论文） Q Q 1 0 0 3 4 7 1 6 4 3 或 Q Q 2 4 1 9 1 3 1 7 8 0 泵与定量执行元件、变量泵与变量液压马达以及定