毕业设计（论文）-100kN双柱液压机PLC控制设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 摘 要此次设计为小型双柱液压机，液压机最大工作载荷设计为100kN。液压机主要由上横梁、导柱、工作台、主缸、顶出缸等组成。该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，能耗低，速度快，操作容易。100kN双柱液压机的机械主体设计，对横梁以及液压缸进行了材料选择及详细的结构设计。根据液压机的使用工作工况，制定了液压系统原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵、电动机、控制阀、过滤器等液压元件和辅助元件。主缸的速度换接与安全行程限制通过行程开关来控制；为了保证零件的成型质量，液压系统中设置保压回路，通过保压使工件稳定成型；为了防止产生液压冲击，系统中设有泄压回路，确保设备安全稳定的工作。另外，控制系统采用PLC控制，进一步实现对液压机的手动和自动控制。关键词：双柱液压机；机械结构设计；液压系统；PLC控制 AbstractThe design for the small double-column hydraulic press, designed to hydraulic machine the maximum working load 100kN. Hydraulic press mainly by the upper beam, guide posts, bench, master cylinder, lifting cylinder. The hydraulic machine compact, sensitive and reliable, low energy consumption, fast, simple operation. two column design 100kN hydraulic mechanical body, on the upper beam and hydraulic cylinders for material selection and detailed structural design. According to the use of hydraulic press conditions, the development of the hydraulic system schematic. Pressure and flow according to the size of selected hydraulic pumps, motors, control valves, filters, hydraulic components and auxiliary components. Master cylinder travel speed for access and security, travel limit switch to control through; To ensure the quality of the work piece shape, the hydraulic system set packing loop stability by holding pressure to the work piece shape; to prevent the generation of hydraulic impact, the system has leaked pressure circuit, to ensure the safety of equipment and stability. In addition, this control system using PLC, design to achieve hydraulic manual and automatic control.Keywords: Double-column hydraulic machine; Mechanical structure design; Hydraulic system; PLC control52目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 液压机发展状况11.2 液压机基本工作方式21.3 设计要求3第2章 液压机的总体设计方案42.1 液压机的主要设计参数42.1.1 液压机设计参数表42.1.2 液压机的功用42.2 液压机的组成42.2.1 液压机工作原理52.3 液压机整体设计方案5第3章液压机主体结构及其设计73.1 液压机机身零件设计73.1.1 导柱的设计73.1.2 横梁的设计83.2 结构校核83.2.1 上横梁校核93.2.2 下梁校核103.2.3 活动横梁的校核11第4章 液压系统设计134.1 液压系统的优势134.2 液压系统的设计134.2.1 液压机的负载134.2.2 液压机主机工艺过程134.2.3 液压系统设计参数表134.2.4 液压机的主缸工况分析144.3 顶出缸工况分析164.3.1 速度循环图164.3.2 负载分析164.4 液压系统原理图拟定174.4.1 液压系统供油方式174.4.2 基本回路的选择174.4.3 液压机工作循环图184.4.4 液压系统原理图194.4.5 液压系统控制过程分析194.4.6 液压机各执行部件运作过程分析204.4.7 电磁铁动作顺序如表224.5 液压系统基本参数计算224.5.1 液压缸基本尺寸的运算224.5.2 液压系统流量计算244.5.3 对液压泵额定压力、流量的计算以及泵的选择254.5.4 液压泵最大流量计算254.5.5 液压泵规格选择254.6 电动机的选择264.6.1 主缸各工况功率的运算264.6.2 顶出缸各个工况功率的运算274.6.3 电动机的额定功率与型号确定274.7 液压系统各元件的选择284.8 液压系统零部件设计284.8.1 液压机主缸设计284.8.2 液压机主缸活塞及密封方案的确定314.8.3 主缸活塞杆材料、技术要求及长度确定314.8.4 主缸结构设计324.8.5 液压机顶出缸设计334.9 液压油管设计344.9.1 主缸液压油管内径计算354.9.2 顶出缸液压油管内径计算354.10 液压系统安全与稳定性验算364.10.1 液压系统压力损失的验算364.10.2 液压系统温升的验算39第5章 PLC控制设计415.1 方案的选择415.2 PLC控制部分415.2.1 PLC概述415.2.2 PLC的特点425.2.3 PLC的分类425.2.4 PLC系统的组成435.2.5 PLC的工作方式435.3 PLC梯形图的设计435.4 PLC的选择及程序设计445.4.1 液压系统动作流程框图445.4.2 PLC型号的选择445.4.3 现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表465.4.4 PLC 程序设计46结论49参考文献50致谢51 第1章 绪论 1.1 液压机发展状况在制品成型生产中液压机成为应用最广的一种设备。问世以来发展很快，目前已成为工业生产中必不可少的设备之一。基于液压机在生产工作中的广泛使用，液压机本身在各个工业生产部门中得到广泛应用。例如管、线、型材挤压；板材成型；胶合板压制、打包；粉末冶金、塑料及橡胶制品成型；轮轴压装、校直；人造金刚石、耐火砖压制等。各品种液压机的不断更新产品，促进了国内外各工业的迅速崛起。随着液压技术以及微型电子技术的发展和普及应用，液压机的应用进一步的发展。主机和液压系统是液压机两大组成部分，近年来由于技术发展逐步成熟，国内和国外机型没有较大差距，主要差别就是加工工艺和安装。良好的工艺使机器在冷却、过滤及防止振动和冲击方面，有较大改善。尤其是集成块可以进行专业性的生产，其质量高、性能可靠性高且设计的周期相对来说较短。最近几年在集成块基础上发展的新型液压元件的组成的回路也有其特别的优点，它不用其它的连接件结构更为紧凑，体积也相对变得更小，重量也变得更轻不需要管件连接，从而消除了因为接头、油管引起的泄漏、噪声和振动。逻辑插装阀体积小、重量轻、密封性好、功率损耗小、动作速度快、易集成的特点，自从液压机开始出现，直至如今已得到了很快的发展。一般工业控制机控制的方式是在计算机控制技术成熟的基础上采用的一种技术很高的控制方式。这种控制方式主要以工业控制机或单板/单片机作为主控单元，然后通过外围接口器件（D/A，A/D板等）或者直接应用各类阀实现对液压系统的控制，与此同时利用各类传感器组成闭环回路控制系统，从而达到比较准确的控制要求。此种方法的主要控制特点有如下几点：（1）控制精度提高。数字控制行程长度和工作的行程与早期的机械形式开关控制相比，精度有相当大的提高。控制精度达到0.05mm。 （2）良好的人为操纵能力，易操作。例如：BROWNBOGGS公司的相关产品，可凭借数字面板显示输入输出压力、快进和回程速度、压制的速度以及保压/停机时间参数，大大降低了生产中的强度。（3）易实现对工作参数的单独调整。经过对控制参数的单独控制，整理好被加工材料的流动性，可进行复杂工件以及不对称工件的加工。 （4）可轻易于实现高速化，提高生产效率。例如美国的FERRA公司采用了电子微处理控制这样的方式，工作循环与以相比前快60%。（5）针对高速下的换向冲击用软件来消除，以此来降低噪声，提升系统的稳定性。（6）有预存工作模式，对于不同工件的工艺过程或者工艺参数提前存储和重复 用，减小调整时间。这个特点与柔性加工时的要求相适应。（7）生产线的集成控制，形成柔性生产线与上位机进行通讯并且实现调度控制。 （8）生产安全上面，用软件进行故障预诊，自动修复出现的问题并显示错 误像STENHQF和BROWNBOGGS公司的机型都有此项功能。目前，国外很多液压机厂家都在生产高性能的工业控制机控制的液压机产品，像美国MULTIPRESS公司，丹麦STENHQJ公司以及加拿大的BROWN BOGGS公司。正由于采用这种控制方式，促进整机的控制性能和生产效率都有很大幅度提高。液压机的发展不单单体现在控制系统上，也表现在高速、高效、低消耗；机电一体化，正是合理利用机械与电子的技术促使整个液压系统的完善；自动化和智能化，实现对整个系统的自动诊断与调整，有故障预处理功能；液压元件集成化与标准化，已经有效防止泄露和污染等诸多个方面。综合上面所阐述，液压机的迅速发展促进了生产力的发展。随着电气控制技术与液压传动技术的不断发展进步，液压机本身的自动化程度还有加工精度都将进一步得到提高，进而实现智能化控制。1.2 液压机基本工作方式液压机基本由本体、动力系统以及液压控制系统三个部分组成。本次设计为双柱液压机设计，它由立柱、横梁和螺母组成一个封闭框架，框架承受所有工作负载。工作缸基本固定在上横梁上，工作缸内装载工作柱塞，主要同活动横梁连接在一起。活动横梁主要以立柱作为自身导向，在上、下两个横梁之间做往复运动。横梁下表面上，基本固定有上模，下模则固定于下横梁上的工作平台表面。一旦高压液体流进到工作缸，工作柱塞上将会产生巨大的压力，推动工作柱塞和活动横梁以及上模往下进行运动，致使工件产生一定的塑性变形，整个时侯回程缸内进入低压液体并排出工作液。回程缸固定在下横梁，回程柱塞和活动横梁二者相连接。回程时，工作缸通入低压液体，高压液体流入到回程缸，最终回程柱塞向上运动，与此同时带动活动横梁回到原始位置，最后完成一个工作循环。液压控制系统是将动力系统提供来的高压液体在精准的时间和地点输送给需要它的工作缸，与此同时将各液压缸缸排回的低压液体送回动力系统当中14。液压控制系统主要是由各类阀、阀箱和连接管道以及操纵阀的正确动作控制部分组成。最简单的控制系通过手操纵杆来完成，十分费力，现在只用于小型的简单的液压机。一般液压机是通过随动接力装置或者电磁铁来轻松地操纵阀的各种动作。近些年，又增加了计算机的控制，很大程度上提高了自动化程度和控制的精确度。液压机的一个工作循环一般包括停止、工作行程、回程和充液行程 。上面的不同行程均由液压控制统中各类液压阀的正确运行来实现的。动力系统主要为液压机本体工作时提供高压液体，同时接收回程排回的低压液体，另外，还对工作液体进行一系列的检测、过滤、搅拌和冷却，用来保证工作液体始终处于最佳工作状态。动力系统可以分为泵直接和泵蓄势器传动两种类型。1.3 设计要求 （1）液压机总体方案设计，主机的结构设计，零部件的结构以及部件装配方案的设计，主机要和辅助以及辅助装置配套协调。（2）经过液压系统设计方案的总体对比，确定适合本次设计的液压系统设计方案，液压系统要求满足在高压大流量的情况下工作平稳性，且没有较大的冲击振动。（3）电气控制部分设计，要求含有主电路和控制电路的电路图设计。（4）方案确定时，要考虑选制造材料的选择，表面加工质量的标准，加工设备，热处理方式等一系列因素。 （5）此次设计的双柱液压机应当满足准确完成以下工作循环：主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压与卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸顶出与缸退回等。 （6）设计的结构能达到所需的各类机械加工工艺要求，设备要总体布局合理，结构紧凑、工作可靠、维护方便、操作简单、噪声低、环境污染小、自动化程度高等等2。 第2章 液压机的总体设计方案 2.1 液压机的主要设计参数2.1.1 液压机设计参数表参 数 项参 数公称力（最大负载）100kN工进时液体最大工作压力25MPa主缸回程力30kN顶出缸顶出力20kN主缸滑块行程350mm顶出活塞行程150mm主缸滑块距工作台最大距离400mm主缸滑块快进速度0.05m/s主缸滑块工进最大速度0.006m/s主缸快退速度0.13m/s顶出活塞顶出速度0.02m/s顶出活塞退回速度0.05m/s表2-1液压机设计参数表2.1.2 液压机的功用经过液压传动系统来传递动力，进而完成工件的压力成型加工过程。液压机一般主要用于校直、冷挤、冲裁、弯曲、拉伸、粉末冶金、等成型制造工艺。2.2 液压机的组成双柱液压机与其它液压机一样，主要由主机、液压系统、电气控制系统这三大部分组成。 当中主机包括工作台、滑块、导柱、上横梁、顶出缸等一系列结构；液压控制系统由控制元件、执行装置、辅助装置、动力元件以及工作介质等组成。电气控制系统主要有PLC的型号选择、接线图、梯形图等。2.2.1 液压机工作原理液压机的运行顺序经过电气系统与液压系统，控制顺序如图2-1。图2-1 液压机控制顺序图从控制框图可以看出，液压机的工作原理主要是通过电气控制系统直接控制液压系统，液压控制系统进一步控制主机运行，主机一运行就会触及行程开关，之后将收到信号反馈到电气控制系统当中，最终实现系统循环控制。2.3 液压机整体设计方案（1）控制方式采取液压控制系统与电气控制系统相结合的手段。拥有调整、手动以及半自动三种工作形式，可完成定压、定程两种工艺的加工。（2）液压系统的选择液压油路完全采用封闭回路，采用变量泵供油方式，使用插装阀形式的液压控制元件。（3）电气控制的选择主要用到继电器、各种行程开关、接触器、手动按钮等诸多元件进行手动以及半自动控制。（4）主机的选择主机采用三梁两柱的结构，主缸以及顶出缸均为执行元件。液压机整体布局，大体上分三个部分，包括主机、液压控制系统、电气控制系统。液压控制系统的全部部件主要集中装在油箱上，因此，液压站布局结构也变得更加紧凑。电气控制元件主要集中设计在电气控制柜当中。启动、停止、顶出、调整等诸多控制形式的按钮安装在控制台上，这样一来更方便操作。大体布局情况如图2-2所示:1-主机 2-液压油管 3-控制台4-插装阀 5-液压泵装置 6-液压油箱 7-电气控制柜图2-2 双柱液压机总体布局简图第3章液压机主体结构及其设计3.1 液压机机身零件设计3.1.1 导柱的设计导柱本身的材料选择：导柱在工作期间基本承受的是拉力，材料本身一定要有很高的抗拉强度。导柱的制造材料选用45圆钢。热处理要求：在具备承受拉力能力之后，导柱外圆柱表面和滑块间还存在一定的摩擦力。为了降低导柱外表面的磨损，经过加强外表面热处理进而提导柱高表面硬度来加强导柱外表面耐摩性。基本的热处理工艺是调质与表面淬火5。双柱液压机的最大工作载荷是100kN，顶出缸的顶出力是20kN，主缸的回程力是30kN。因为液压机工作时的载荷远大于其它工况时的载荷，所以，进行载荷设计时，取载荷为100kN来进一步对液压机进行整体受力分析计算。液压机基本结构是“三梁两柱”式，工进加压时的载荷全部作用在导柱与横梁之上，受负载时横梁受到压力，导柱受到拉力，受力情况如图3-1所示：F-负载 T-导柱拉力图3-1 横梁、导柱受力图液压机的最大工作载荷是100kN，经过力传递之后，最终是由两根导柱来承受100kN的拉力的作用，因此，每根导柱上承受的拉力是50kN。根据许用拉应力的公式，因为导柱螺纹部分的直径是最小的，所以，我们要计算导柱本身螺纹部分的安全直径D。 （MPa） (3-1)式中 许用应力 取45钢=80100MPaF轴向拉力（N）A横截面积（m）所以 因此，螺纹部分直径，为了预防两根导柱由于瞬间的受力不均匀而遭到损坏，导柱螺纹部分的直径可适当取大一点的数值，取，因此，初步定导柱光滑部分的径直径为。3.1.2 横梁的设计材料选择：横梁工作时的受力为弯曲力，材料应具有一定的抗弯强度。毛坯采用锻件。热处理要求：横梁进行调质处理。初步确定活动横梁的长、宽、高基本尺寸分别为630、320、60mm，截面呈现矩形。材料45铸钢。初步确定上横梁的长、宽、高基本尺寸分别为630、320、60mm，截面呈现矩形。材料选用45铸钢。液压机工作台的横截面形状是T型的，因为液压机工作时工作台承受的主要是压力，所以要选用厚度是35mm的45锻钢。液压机活动的横梁和工作台的T型槽选自机械设计手册，基本尺寸A=14，B=2325,C=911,H=2328。T型槽间距100mm6。如图3-2所示。 图3-2 T型槽示意图3.2 结构校核3.2.1 上横梁校核主缸和上横梁属于法兰连接，因此受力分析图如图3-3、3-4所示。图 3-3 上梁受力分析图图 3-4 弯矩图为保证横梁正常工作，所以一定要对该截面进行相应的强度校核。正应力公式为 （MPa） (3-2)式中 最大弯矩正应力最大弯矩 （）抗弯截面系数（）矩形截面抗弯系数公式为 (3-3)式中 矩形截面的宽 （）h 矩形截面的高 （）所以通过手册查得45钢的弯矩应力，本设计中横梁的最大弯矩应力，小于材料的许用应力，所以满足要求11。剪切应力 (3-4) 通过手册查得45钢的剪切应力，本设计中横梁的最大剪切应力，校核之后，满足要求。3.2.2 下梁校核因为下梁是安装在工作台上的，因此它受到的力均匀分布的，如图3-5、3-6。横梁的长度，中心扭矩的长度，受力位置的长度。图 3-5 下梁受力分析图图 3-6 下梁弯矩图 (3-5) (3-6) 由上可知通过手册查得45钢的弯曲应力，本设计中横梁的最大弯曲应力，经过校核，满足要求。剪切应力 (3-7)通过手册查得45钢的剪切应力，本设计中横梁的最大剪切应力，小于材料的许用应力，满足要求45。3.2.3 活动横梁的校核活动横梁在载荷的作用下剪力图与弯矩图如图3-7、3-8所示：图 3-7 剪力图图3-8 弯矩图从图中可以看出，横梁中心处的弯矩最大，属于危险截面。最大弯曲正应力公式为 (3-8)最大弯矩 矩形截面抗弯系数W公式为矩形截面的宽、高分别为、通过手册查得45钢的弯曲许用应力,所以满足设计要求。第4章 液压系统设计4.1 液压系统的优势 液压系统体积小，重量轻，能够实现无级变速，运动平稳，可靠性强，并且结构简单，操作也很方便，工作寿命相对比较也长。往往是利用很小的功率去控制其它机构运动。安装方也很灵活，所以可以构成别的方法难以构成的比较复杂系统。4.2 液压系统的设计4.2.1 液压机的负载由液压机参数表得，液压机的最大工作载荷是，工作时液体的最大工作压力是。4.2.2 液压机主机工艺过程启动按钮启动后，主缸的上腔将会进油，对零件慢慢加压。零件压制完成以后开始保压阶段，这有利于稳定成型。保压完成之后，又变成主缸下腔进油，滑块又将快速回程，直至恢复原位后才停止。当横梁滑块停止运行之后，顶出缸的下腔又将进油，把工件顶出来，工件出来后，顶出缸的上腔会进油，然后快速退回。4.2.3 液压系统设计参数表表4-1液压系统设计参数表参数项参 数最大负载100kN主缸回程力30kN主缸滑块快进速度0.05m/s主缸回程速度0.13m/s顶出缸回程速度0.05m/s工进时系统最大压力25MPa顶出缸顶出力20kN主缸最大工进速度0.006m/s顶出缸顶出速度0.02m/s4.2.4 液压机的主缸工况分析（1）主缸速度循环图图4-1 主缸速度循环图（2）主缸负载分析液压系统启动后，主缸的上腔将会充油进入主缸立刻下行，惯性负载也将随之产生。另外，运动过程中内部还存在一定的摩擦力负载。因为滑块不是正压在导柱上面，所以不会产生正向的压力，因而滑块在运动时产生的摩擦力将会比工作负载小的非常多，运算最大负载时几乎可以省略不计。液压机的最大载荷是工进时的工作载荷。通过各环节载荷分析，液压机主缸受到的外载荷主要含有工作载荷、惯性载荷以及摩擦阻力载荷。 公式如为 （） （4-1）式中 液压缸所受外载荷（）Fw工作载荷（）滑块和导柱、活塞和缸筒之间运动时的摩擦阻力载荷，启动前后的静动摩擦阻力载荷（）运动执行部件速度变化时的惯性负载（）1）惯性负载的运算公式如下 （4-2）式中 运动部件重量重力加速度时间内的速度变化量加速或减速时间，一般取查找相关机型液压机资料3，初步确定横梁滑块重量是。通过设计参数可知 ：，取，代入公式4-2中 2）摩擦载荷运算滑块启动前后将会产生摩擦载荷。从全部作用在主缸上的载荷便可知道，工作载荷远大于其它任何形式的载荷。因为滑块和导柱、活塞和缸体间的摩擦阻力不是很大，所以在计算主缸最大载荷时可以忽略的。3）主缸载荷F的运算把上面的参数与代入公式4-1中则(3)主缸负载循环图1）主缸工作循环负载如表4-2所示:工 作 循 环外 负 载启 动F = f静 + Fa1.1 kN横梁滑块快速下行F = f动忽略工 进F = f动 + F w100 kN快速回程F = f 回+ F背30 kN表4-2 主缸工作循环负载注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。2）主缸负载循环如图图4-2主缸各阶段负载循环图4.3 顶出缸工况分析4.3.1 速度循环图 通过系统参数以及顶出缸活塞行程，可知道顶出缸速度循环图，如图4-3所示:图 4-3 顶出缸速度循环图4.3.2 负载分析主缸回程停止，顶出缸的下腔将会进油，活塞向上运行，此刻将产生惯性以及摩擦力等系统载荷。出于顶出缸工作压力、质量以及惯性负载均小于主缸，因此运算时忽略不计；同样摩擦力同顶出力比小很多，同样忽略不计；工件顶出的工作载荷较大，计算顶出缸的最大工作载荷时可以看成顶出力。参数代入公式4-1求出顶出缸的最大载荷。所以式中 Fw顶出力(1)顶出缸负载循环图1）顶出缸工作循环负载如表4-3所示：工 作 循 环外 负 载启 动F = f静 + Fa忽略不计顶出缸顶出F = = f 动 + F w20 kN快速退回F = f 动 + F背2kN表4-3 顶出缸工作循环负载注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。2)顶出缸负载循环图，如图4-4所示：图 4-4 顶出缸负载循环图4.4 液压系统原理图拟定 4.4.1 液压系统供油方式液压机工进时载荷大，运行速度很慢，快进或者快退时的载荷与工进比要小许多，可是速度却要比工进时要快些。为了提高液压机的工作效率，可以选取双泵或者变量泵来供油。但是从综合方面考虑，本设计中液压机要选择双泵供油的方式。4.4.2 基本回路的选择（1）调压回路的选择调压回路的主要功能是让整个液压系统的压力始终恒定或者不超过某个限定数值。如果是定量泵系统，那么液压泵的供油压力是由溢流阀来控制调节的。若是变量泵，则是靠安全阀来限定系统的最大压力，以防系统超负荷。如果液压系统当中出现两种以上的压力，就要选用多级调压回路的方式。本次设计中液压机采用的是二级调压回路，如图4-5所示图 4-5二级调压回路(2)泄压回路的选择液压机保压一段时间后，如果立刻快退将会产生巨大的冲击。所以本次设计选液控单向阀进行控制，能更好的保护系统安全。(3)保压回路的选用液压机是进行压制工艺，因此行程终止时一定要有一段保压时间，这个情况下就要选用保压回路。本设计中采用蓄能器保压方式。(4)平衡回路的选用平衡回路是防止执行机构停止工作时，因负载重力导致执行机构自行回落。所以本次设计选用了单向顺序阀的平衡回路。 (5)速度换接回路选择方式液压机加工零件的工艺过程有主缸的快速下行、慢速加压、保压延长、快速返以及返回停止”，顶出缸的“顶出、返回与停止”。为了满足控制要求，液压系统速度换接是靠行程开关来进行控制的。此种方式平稳性强、可靠性高、安装容易。4.4.3 液压机工作循环图液压机工作循环图如4-6所示：图4-6 液压机工作循环图液压机工作循环图如图4-6（a），滑块由于自重的作用而快速下行，当滑块触及到行程开关后快进马上转为工进，然后开始加压与保压过程。保压过程完毕，滑块立刻回程，回到原位置后，运动停止；图4-6（b）是顶出缸的工作循环的全过程图，只有主缸进行快进、工进、保压以及退回停止这些过程后，顶出缸才会运动，把工件顶出。4.4.4 液压系统原理图液压系统原理图如图4-7所示。4.4.5 液压系统控制过程分析液压系统的油液来自主泵1和辅助泵2。主泵是变量泵，最大工作压力是32MPa，通过远程调压阀5控制；辅泵是定量泵，用于电液动换向阀6和18的油源控制，它的工作压力通过溢流阀3设定。液压系统的执行元件主液压缸16与定出液压缸17，两缸的换向通过电液动换向阀6与18来操控；液控单向阀14作为充液阀，主缸16快速下行副油箱给主缸充液；液控单向阀9作为主缸16的快速下行通路与快速回程的通路；背压阀10给液压缸慢行提供背压；单向阀13为主缸16的保压；阀11是具有阻尼孔的卸荷阀，主要用作主缸保压完成以后换向前主泵1卸荷；压力继电器12作为保压起始的发出信号的装置。1-主液压泵 2-辅助液压泵 3、4-溢流阀 5-远程调压阀 6、18-三位四通电液换向阀 7压力表 8-二位四通电磁换向阀 9、14-液控单向阀 10-背压阀 11-卸荷阀（带阻尼孔） 12-压力继电器 13-单向阀 15-蓄能器16-主液压缸 17-顶出缸 19-滤油器图4-7液压系统原理图4.4.6 液压机各执行部件运作过程分析 （1）主缸工作循环分析 1）快速下行阶段 按钮启动，电磁铁1YA与5YA通电导致换向阀6切换到右位，同时电磁换向阀8也切换到右位，辅泵2的控制压力油通过阀8把液控单向阀9打开。这时，主油路的流动路线如下： 进油路：主泵1经换向阀6（右位）单向阀13主缸16无杆腔。 回油路：主缸16有杆腔液控单向阀9换向阀6（右位）换向阀18中位油箱。主缸与滑块由于自身重力作用而快速下降。2）缓慢接近工件、加压 阶段只要滑块上的活动挡块触及下行程开关XK2，电磁铁5YA将会断电导致换向阀8回到左位，液控单向阀9也会随之关闭。同时主缸无杆腔压力将大幅度升高，阀14随之关闭，同时主泵1的排量也将自行减小，主缸也改为缓慢接进工件和与压阶段。系统的油液流动路线如下： 进油路：快速下行。 回油路：主缸有杆腔背压（平衡阀）10换向阀6（右位）换向阀18（中位）油箱。 这样使滑块缓慢接近工件，只要滑块接触工件，阻力迅速增加，主缸无杆腔压力会有更大提高，主泵1排量将会自动减小，主缸驱动滑块用非常慢的速度给工件加压。 3）保压阶段 一旦主缸上腔的压力到了某个限定值，则压力继电器12发出信号，这会让电磁铁lYA断电，电液动换向阀6回到中位，主缸上、下油腔封闭，系统处于保压状态。单向阀13保证主缸上腔良好的封闭性，并且保持高压状态。保压时间通过压力继电器12控制的时间继电器（图中未展现出）调整。保压阶段，除液压泵低压卸荷外，液压系统没有液流动。油液流动路线如下：主泵1换向阀6（中位）换向阀18（中位）油箱 4）泄压与快速回程阶段 保压结束后，时间继电器发出信号，导致电磁铁2YA通电，在定程压制成形时，可由行程开关XK3发出信号，换向阀6换到左位，主缸达到回程状态。为了防止液压冲击，系统保压后一定要先泄压，之后回程。 换向阀6换到左位后，主缸的上腔还没有泄压，压力依然很高，因此带阻尼孔的卸荷阀11处于开启状态，所以有 ：主泵1换向阀6（左位）阀11油箱 这个时候的主泵1在低压下运转，这样大的压力不够打开液控单向阀14的主阀芯，却可以打开内部的卸荷小阀芯，主缸上腔高压油通过此阀芯的开口泄回蓄能器15，然后泄压。泄压过程一直持续到卸荷阀11关闭为止。泄压完毕后，主泵1的供油压力升高，顶出阀14的主阀芯。这个阶段系统的油液流动路线如下： 进油路：主泵1换向阀6（左位） 液控单向阀9主缸有杆腔。 回油路：主缸无杆腔阀14蓄能器15。 主缸驱动滑块快速回程。 5）停止 在滑块上的挡块20压下行程开关XK1时，电磁铁2YA断电导致换向阀6恢复到中位，此时主缸活塞被锁紧而终止运行，回程结束。这时主液压泵1又处于卸载状态（油液流动与保压阶段相同）。 （2）顶出缸工作循环分析 主缸与顶出缸的运动必须是互锁的。当电液动换向阀6处于中位时，压力油将要通过电液动换向阀6中位流进控制顶出缸17以及运动的电液动换向阀18。 1)顶出环节 顶出按钮启动，电磁铁3YA通电，换向阀21变到左位，液压系统的油液流动路线如下： 进油路：主泵1换向阀6（中位）换向阀18（左位）顶出缸17无杆腔。 回油路：顶出缸17无杆腔换向阀18（左位）油箱。 活塞上升，将工件顶出。 2）退回 环节当电磁铁3YA断电，4YA通电的时侯，系统油路换向，顶出缸活塞下降，这时系统的油液流动路线如下：进油路：主泵1换向阀6(中位) 换向阀18(右位) 顶出缸17有杆腔。 回油路：顶出缸17无杆腔换向阀18(右位) 油箱。4.4.7 电磁铁动作顺序如表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA主缸快速下行+-+工进、加压+-保压-泄压回程-+-停止-顶出缸顶出-+-退回-+-表4-4电磁铁动作顺序表4.5 液压系统基本参数计算4.5.1 液压缸基本尺寸的运算(1)主缸工作压力、内径以及活塞杆直径的确定因为液压机的工作负载较大，所以主缸的工作压力取 1。通过主缸负载图4-8可知最大载荷。通过查阅相关资料，由主缸工作时的压力为选取为0.7，机械效率。液压缸受力图如图4-7所示。图 4-8 液压缸受力图 = （4-3）式中 p1缸的工作压力 (MPa)P2液压缸回路背压，本设计系统属于高压系统，因此可以忽略F工作循环中最大载荷 cm液压缸机械效率，一般cm =0.90.95把上述参数代入公式（4-3），可得到内径为把液压缸的内径圆整为标准系列直径，取 1；则由d/D=0.7可以求得活塞杆直径为： 将活塞杆直径圆整为标准系列直径，取 1。因此主缸内径以及活塞杆直径分别为： ，。(2)液压系统顶出缸工作压力、内径以及活塞杆直径的确定顶出缸工作载荷比主缸小很多，查阅相关资料 ，取顶出缸的工作压力为p=10MPa。由图可知顶出缸最大负载。查阅相关资料，顶出缸工作压力为10MPa，取d/D=0.7，机械效率cm =0.95。顶出缸受力如4-9所示：图 4-9 顶出缸受力图根据主缸公式，可知顶出缸内径为查液压系统设计简明手册，顶出缸的内径圆整为标准系列直径，；由d/D=0.7可以求得活塞杆直径为 查液压系统设计简明手册，活塞杆直径圆整为标准系列直径，。因此顶出缸的内径以及活塞杆直径分别为： ，。4.5.2 液压系统流量计算（1）主缸运行时所需流量的计算已知主缸的快进速度0.05m/s，工进速度0.006m/s，快速回程速度0.13m/s，主缸内径80mm，活塞杆直径50mm。由流量公式得 () （4-4）由快进公式得由工进公式得由快退公式得（2）顶出缸运行时所需流量的计算已知顶出缸的顶出速度0.02m/s，快退速度0.05m/s，顶出缸内径50mm，活塞杆直径36mm，代入公式（4-4）可知由顶出公式得由快退公式得 4.5.3 对液压泵额定压力、流量的计算以及泵的选择（1）泵工作压力确定由于实际工作中液压油有一定的工作损失，因此计算泵时要考虑压力损失。计算泵的工作压力的公式为 （4-5）式中 Pp液压泵最大工作压力 P1执行部件的最大工作压力 p进油路中的压力损失，简单的系统中取0.2 0.5MPa，复杂系统中取0.51.5MPa本次设计中液压机最大工作压力，属于复杂系统，进油路中的压力损失，选择p=0.5MPa。代入公式（4-5）得通过计算，泵的工作压力pp=25MPa。为了防止动压力超过静压力，并且确保泵的使用寿命，因而选取泵的额定工作压力pn时，要求,取，于是可得4.5.4 液压泵最大流量计算经对液压缸运行所需流量的计算，泵的最大流量由公式得 （4-6）式中 q p液压泵的最大流量 液压系统泄漏系数，本次设计取(q)max各执行元件所需流量之和的最大值。若此刻溢流阀正处于溢流阶段，还要把溢流阀的最小溢流量加上。把参数代入公式（4-6）得4.5.5 液压泵规格选择查阅相关资料，根据与，定出液压泵的型号是：25YCY14-1B。基本参数如下：排量： 0.025L/r额定压力： 额定转速：1500r/min 容积效率： 泵流量的检验：通过以上参数可知液压泵每分钟排量，而本设计中液压泵的实际的最大流qp=30L/min，所以液压机可以实现快进。4.6 电动机的选择主缸与顶出缸为液压机的两个执行件。二者各自工况的快进、工进以及回程速度也不相同，因此对功率的消耗也不一样。电动机额定功率一定要根据消耗功率最大的工况来确定，那么要分别计算主缸和顶出缸每个工况所消耗的功率。功率公式为 （4-7）式中 P-电动机额定功率 （kW） pp-液压泵的工作压力 qp-液压泵的流量 -液压泵的总效率，取=0.74.6.1 主缸各工况功率的运算1）快进功率主缸滑块快进时，由于自身重力的作用下而速度比较快，然而液压泵这个阶段的输出油量却不能足够支持滑块的快速下行。2）工进功率由主缸负载循环图可知，工进时主缸最大载荷是100kN，无杆腔面积为，进油回路压力损失，那么泵的压力经过公式计算 （4-8）所以把、代入公式（4-7），则工进功率为3）快退功率由表4-2可知，快退负载为,，进油的路压力损耗应该取，代入公式（4-8）可以求得泵的压力：将、代入公式（4-7）中，求得快退功率为4.6.2 顶出缸各个工况功率的运算1）顶出缸顶出功率通过顶出缸负载循环图4-4可知，顶出时主缸的最大工作载荷是，无杆腔面积，进油回路压力损失，则液压泵的压力可经公式得把、代入公式（4-7）中，可知工进功率为：2）回程功率顶出缸回程时，只有活塞与缸筒间产生摩擦负载，比顶出时的载荷小很多，如此一来回程消耗的功率比顶出时要小，所以，回程功率可以忽略。4.6.3 电动机的额定功率与型号确定电动机额定功率的确定，要根据消耗功率最大的工作情况。把主缸与顶出缸各工况功率进行比较，主缸快退功率最大，查机械设计手册，最后确定电动机型号为Y132M-4额定功率：满载转速：1400r/min 4.7 液压系统各元件的选择本次设计液压系统元件的选择如表4-5所示：序号名称型号流量压力1斜盘式轴向柱塞泵25YCY14-1B37.5322齿轮泵CB-B2.53.6252.53溢流阀Y2-Hd1040324溢流阀Y2-Hd1040325远程调压阀Y-Hd62326三位四通电液换向阀4MF1a100327压力表KF- L8/12E0-359液控单向阀AY-Hb10B403210背压阀FBF3-D10B631-1011卸荷阀X4F-B20K5032121314151617压力继电器单向阀 液控单向阀蓄能器主缸顶出缸HED1KA35 AJ-Hb10B 40 324032AJ-Hb10BHXQ-B10DSZ-00-01SZ-00-054MF1a40 32 10 25.518 三位四通电液换向阀三位四通电液换向阀1003219 过滤器过滤器ZU-H10010032表4-5 液压元件选则表4.8 液压系统零部件设计4.8.1 液压机主缸设计通过对液压缸基本尺寸的计算，可知主缸的内径以及活塞杆直径等一系列参数。以下是对主缸另外一些参数进行设计。（1）主缸缸体材料选择以及技术要求液压缸的结构一般包括两种形式：薄壁圆筒与厚壁圆筒。一旦液压缸的内径D和壁厚的比值达到D/ 10时，这时圆筒称为薄壁圆筒。液压缸的制造材料一般包括锻钢、铸钢、灰铸铁（HT200）、无缝钢管（30、45）等9。一般载荷比较大的机械设备缸体的材料选用