说明书-YA23-40型四柱液压机液压系统的设计.doc
YA23-40型四柱液压机液压系统的设计【3张CAD高清图纸和文档】【YC系列】
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YC系列
YA23
40
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CQWU/JL/JWB/ZY012-14毕业论文(设计)开题报告学院：机 电 工 程 学 院 年级：2 0 1 1 级 专业(班）：机械工程及自动化2班 学号：201114014093 学生姓名：范 杰 勇 指导教师：王 自 启 论文题目：A23-40型四柱液压系统的设计 2014年9月20日重庆文理学院本科毕业论文（设计）开题报告论文题目A23-40型四柱液压机液压系统的设计系（院）专 业机电工程学院机械工程及自动化年 级2011级2班开题日期2014/9/20学 号201114014093姓 名范杰勇指导教师王自启1、 选题目的和意义: 本课题的主要目的是对A23-40型四柱液压机液压系统的研究设计，通过本次设计可以提高液压系统工作时的稳定性以及液压冲击对设备的可靠性等。另外，通过本次设计可以巩固和深化所学知识、掌握液压系统设计的一般方法步骤、培养自己发现问题解决问题的能力。所以，本设计对A23-40型四柱液压机的应用具有很大的研究意义。2、 国内外研究现状综述：液压传动技术的发展与研究动向随着科学技术的不断进步，目前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。由于计算机科学技术的成熟，一些新型液压元件和液压系统的设计都运用了计算机CAD、CAT、CDC、计算机实时控制、计算机仿真与优化等计算机辅助技术，很大程度上提高了产品设计的质量。虽然液压传动技术方便简洁，但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：液压系统工作时的稳定性、工作介质的泄漏、液压冲击对设备可靠性的影响等等，这些问题都是液压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。 其中液压系统研究成果及实例有：2007年，重庆大学陈小刚硕士，通过有限元分析软件ANSYS建立了液压缸和上横梁等关键部件的有限元分析模型，求解得到了应力应变分布云图，并根据有限元分析结果。对液压机主要零部件进行了结构优化设计和改进。最后，详细分析了关键零部件结构优化改进后主要参数的优化效果，并将优化设计结果应用于企业实际中，根据结构优化方案，已生产出改型的YJ32-100A四柱型液压机。取得了较好的应用效果。2004年03期，YB32-500四柱万能液压机液压系统故障分析与改造，对YB32500四柱万能液压机液压系统进行分析 ,对其液压故障进行了诊断与排除 ,提出了提高安全性的系统改进方案。国外研究者采用飞机液压系统提供动力，以及粉末冶金塑料及橡胶制品成型；胶合板压制。更在深海工具中以海水为介质的液压系统与传统液压系统相比有突出的优越性3、 选题研究内容：液压机液压系统设计，内容包括：1）液压系统方案设计2）液压系统的参数计算3）液压元件的选择4）液压系统性能验算4、本选题研究技术路线、研究方法和要解决的关键问题技术路线及方法:（1） 设计目标及特色 选择合理的液压系统设计方案（工艺方案设计、液压系统原理图设计、）满足液压系统的使用性能和安全要求； 技术设计（各组成部分及液压系统的控制系统设计、电气控制系统设计、绘制设计图样和编写技术文件）； 选择合理的材料、液压元件和制造加工工艺； 整个液压机系统的设计要满足拆装方便，便于运输的要求；通过液压传动控制系统和电气控制系统对主机进行动作循环控制，使液压机能够准确如下动作：主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸活塞顶出、顶出缸活塞退回；（2）要解决的主要问题 液压机电气控制系统的设计。 液压机控制系统的实现途径、方法和手段 液压元件及电气元件的选择。5、调研计划及主要参考文献调研计划:9.13-09.21：整理资料完成开题报告;9.22-10.10：完成液压方案设计及参数计算;10.11-10.24：完成液压性能验算;10.25-11.09：完成毕业设计，并撰写设计说明书;11.10-11.16：由指导老师修改完成毕业答辩。参考文献：1 GB9166-88.四柱液压机精度.北京:国家标准局 2 JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部 3 许福玲、陈尧明主编.液压与气压传动（第二版）.北京：机械工业出版社4 章宏甲、黄谊、王积伟主编. 液压与气压传动.机械工业出版社5 天津市锻压机床厂.中小型液压机设计计算M.天津：天津人民出版社，6 俞新陆.液压机M.：机械工业出版社，1982 7 成大先.机械设计手册（第五版）M：化学工业出版社，2008 8 周世昌.液压系统设计图集M.：机械工业出版社，2003，8-52 9 廖常初.大中型PLC编程及应用M.：机械工业出版社，200310 贾明新主编. 液压传动与控制解难和练习. 北京：国防工业出版社. 2003 11 液压设计手册（电子版R1.0）. 北京：机械工业出版社12 P. Dreansfield，液压控制系统。设计和分析他们的动态，施普林格出版社，1981。13 阁下梅里特，液压控制系统，John Wiley出版社，纽约，1967年。14 A.A.谢花，多体系统动力学，剑桥大学出版社，1998。15 雷天觉编著，液压工程手册，机械工业出版社。1990年6、指导教师意见： 指导教师（签名）：年 月 日7、系（院）本科毕业论文（设计）工作领导小组意见： 系（院）（盖章） 年 月 日说明：开题报告应在教师指导下由学生独立撰写。在第8学期1-2周内完成，交指导教师审阅，并接受学校和系（院）检查。机电工程学院本科毕业论文（设计）任务书题目： YA23-40型四柱液压机液压系统的设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 起讫日期： 2014年6月20日至2014年11月16日 指导教师： 职称： 指导教师所在单位： 专业组审核（签字）： 2014年6月制说 明1. 毕业论文（设计）任务书由指导教师填写，并经专业组审定，下达到学生。2. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，于下学期第一周内提交给指导教师批阅。3. 本任务书在毕业论文（设计）完成后，与论文（设计）一起交指导教师，作为评阅和答辩的主要档案资料，是学士学位论文（设计）成册的主要内容之一；4. 整个毕业论文（设计）过程，要严格按照重庆文理学院本科毕业论文（设计）工作手册中“3.重庆文理学院本科毕业论文（设计）工作条例，4. 重庆文理学院本科毕业论文（设计）撰写规范，5.重庆文理学院本科毕业论文（设计）答辩程序”条款执行。一、毕业论文（设计）的主要内容和基本要求（一）主要内容1、液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图； 2、进行方案设计并拟定液压系统的原理图和接线图； 3、计算和选择液压元件； 4、验算液压系统的性能； 5、绘制正式工作图，编制设计计算说明书。6、相关外文资料翻译。（二）基本要求1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。 2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴，不能简单地抄袭。 3、设计说明书字数不少于5000字；5、液压传动系统原理图一张（A3图纸）包括工作循环图和电磁铁动作顺序表，接线图（A4图纸）一张。5、掌握CAD绘图软件的应用；6、完成不低于5000个印刷符号的外文资料翻译。二、主要阅读书目和参考资料（普通图书：（包括教材等）、会议论文集、资料汇编、学位论文、报告（包括科研报告、技术报告、调查报告、考察报告等）、参考工具书（包括手册、百科全书、字典、图集等标注方法示例如下）1、液压传动与气压传动杨曙东、何存兴，武汉：华中科技大学出版. 20102、液压系统设计简明手册杨培元，北京：机械工业出版社，20003、液压传动设计指南，张利平，北京：化学工业出版社，20064、液压系统经典设计实例，李松晶，北京：化学工业出版社，20125、液压系统设计指导，孔庆华，哈尔滨：哈尔滨工业大学，20126、机械设计手册第5版，成大先，北京：机械工业出版社，200822015届机械工程及自动化专业学士学位毕业设计 目录目 录摘要I AbstractII 1 引言11.1选题目的和意义11.2国内外研究现状综述11.3 液压传动的优缺点12 钻床的液压系统分析22.1 YA23-40型四柱液压机液压传动系统结构原理分析22.2 工况分析32.2.1工作循环分析32.2.2负载分析33 液压系统的设计53.1确定液压系统方案53.1.1快速行程方式53.1.2减速方式53.1.3压制速度的调整53.1.4压制压力及保压53.1.5泄压换向方法53.1.6主缸与顶出缸的互锁控制回路63.2 液压原理图的拟定63.2.1 绘图液压原理图63.2.2 PLC 控制系统设计74 液压系统的计算和液压元件的选择84.1 液压缸的选择84.1.1主缸的选择84.1.2顶出缸的选择84.2 液压泵的选择104.2.1 液压泵的压力104.3 电动机的选择114.4 液压阀的选择114.4.1 方向控制阀的选择114.4.2压力控制阀的选择114.4.3流量控制阀的选择114.5 辅助元件的设计124.5.1 滤油器的选择124.5.2 油管类型的选择124.5.3 油管尺寸的确定124.5.4 油箱容量的选择135 液压系统性能验算136 总结：14参考文献：14致谢语：142015届机械工程及自动化专业学士学位论文（设计） 摘要：YA23-40型四柱液压机是利用液压泵将原动机的机械能通过液压控制系统换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和液压控制管路的传递进入油缸，推动固定在上横梁上的主缸带动上下活动梁来回移动，由四个立柱导向将上下模具闭合，压制所需要的工件，再用顶出缸把压制好的工件顶出。本次毕业设计是以YA23-40型四柱液压机应用系统为研究对象，通过本次设计提高液压系统工作时的稳定性以及液压冲击对设备的可靠性。设计中首先调查研究了YA23-40型四柱液压机液压系统的组成及工作原理，接着对工作循环及工况进行了分析，并在这些分析基础上提出了液压系统和PLC控制系统的方案，然后通过计算选择了各主要液压元件，最后通过AutoCAD软件绘制了液压系统原理图和PLC控制的接线图。关键词：四柱液压机 ;液压系统设计 ;液压元件Abstract：YA23-40 type hydraulic machine is to use the original motivation of the mechanical pump through the hydraulic control system can change as the pressure of the liquid, the liquid pressure can be varied by the energy to pass through various control valves and hydraulic control line transmission into the cylinder, pushing fixed to the upper beam master cylinder to drive up and down the beam moves back and forth, up and down by four pillars guiding the mold is closed, pressing the workpiece need, and then the top of the cylinder to suppress a good piece ejection.The graduation project is YA23-40 type hydraulic machine application system stability and hydraulic shock as the research object, the hydraulic system by improving the design of this device reliability. First investigated the design and operating principle YA23-40 type hydraulic machine hydraulic system, then cycle to work and working conditions are analyzed and proposed solutions of the hydraulic system and PLC control system on the basis of these analyzes, then by calculate chose the main hydraulic components, and finally draw a schematic diagram of the hydraulic system and PLC control wiring diagram by AutoCAD software.Key word：Hydraulic machine; Hydraulic system; Hydraulic components1 引言1.1选题目的和意义本课题的主要目的是对YA23-40型四柱液压机液压系统的研究设计，通过本次设计可以提高液压系统工作时的稳定性以及液压冲击对设备的可靠性等。另外，通过本次设计可以巩固和深化所学知识、掌握液压系统设计的一般方法步骤、培养自己发现问题解决问题的能力。所以，本设计对YA23-40型四柱液压机的应用具有很大的研究意义。1.2国内外研究现状综述液压传动技术的发展与研究动向随着科学技术的不断进步，目前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。由于计算机科学技术的成熟，一些新型液压元件和液压系统的设计都运用了计算机CAD、CAT、CDC、计算机实时控制、计算机仿真与优化等计算机辅助技术，很大程度上提高了产品设计的质量。虽然液压传动技术方便简洁，但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：液压系统工作时的稳定性、工作介质的泄漏、液压冲击对设备可靠性的影响等等，这些问题都是液压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。其中液压系统研究成果及实例有：2007年，重庆大学陈小刚硕士，通过有限元分析软件ANSYS建立了液压缸和上横梁等关键部件的有限元分析模型，求解得到了应力应变分布云图，并根据有限元分析结果。对液压机主要零部件进行了结构优化设计和改进。最后，详细分析了关键零部件结构优化改进后主要参数的优化效果，并将优化设计结果应用于企业实际中，根据结构优化方案，已生产出改型的YJ32-100A四柱型液压机。取得了较好的应用效果。2004年03期，YB32-500四柱万能液压机液压系统故障分析与改造，对YB32500四柱万能液压机液压系统进行分析 ,对其液压故障进行了诊断与排除 ,提出了提高安全性的系统改进方案。国外研究者采用飞机液压系统提供动力，以及粉末冶金塑料及橡胶制品成型；胶合板压制。更在深海工具中以海水为介质的液压系统与传统液压系统相比有突出的优越性。2015届机械工程及自动化专业学士学位毕业设计单位代码 10642 密 级 公 开 学 号201114014093 学士学位论文论文题目：YA23-40型四柱液压机液压系统的设计论文作者：范 杰 勇指导教师：王自启学科专业：机械工程及自动化提交论文日期：2015年01月25日论文答辩日期：2015年01月29日学位授予单位：重庆文理学院中 国 重 庆2015年01月共14页 第15页2015届机械工程及自动化专业学士学位毕业设计 目录目 录摘要I AbstractII 1 引言11.1选题目的和意义11.2国内外研究现状综述11.3 液压传动的优缺点12 液压系统分析22.1 YA23-40型四柱液压机液压传动系统结构原理分析22.2 工况分析32.2.1工作循环分析32.2.2负载分析33 液压系统的设计53.1确定液压系统方案53.1.1快速行程方式53.1.2减速方式53.1.3压制速度的调整53.1.4压制压力及保压53.1.5泄压换向方法53.1.6主缸与顶出缸的互锁控制回路63.2 液压原理图的拟定63.2.1 绘图液压原理图63.2.2 PLC 控制系统设计74 液压系统的计算和液压元件的选择84.1 液压缸的选择84.1.1主缸的选择84.1.2顶出缸的选择84.2 液压泵的选择104.2.1 液压泵的压力104.3 电动机的选择114.4 液压阀的选择114.4.1 方向控制阀的选择114.4.2压力控制阀的选择114.4.3流量控制阀的选择114.5 辅助元件的设计124.5.1 滤油器的选择124.5.2 油管类型的选择124.5.3 油管尺寸的确定124.5.4 油箱容量的选择135 液压系统性能验算136 总结：14参考文献：14致谢语：142015届机械工程及自动化专业学士学位论文（设计） 摘要：YA23-40型四柱液压机是利用液压泵将原动机的机械能通过液压控制系统换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和液压控制管路的传递进入油缸，推动固定在上横梁上的主缸带动上下活动梁来回移动，由四个立柱导向将上下模具闭合，压制所需要的工件，再用顶出缸把压制好的工件顶出。本次毕业设计是以YA23-40型四柱液压机应用系统为研究对象，通过本次设计提高液压系统工作时的稳定性以及液压冲击对设备的可靠性。设计中首先调查研究了YA23-40型四柱液压机液压系统的组成及工作原理，接着对工作循环及工况进行了分析，并在这些分析基础上提出了液压系统和PLC控制系统的方案，然后通过计算选择了各主要液压元件，最后通过AutoCAD软件绘制了液压系统原理图和PLC控制的接线图。关键词：四柱液压机 ;液压系统设计 ;液压元件Abstract：YA23-40 type hydraulic machine is to use the original motivation of the mechanical pump through the hydraulic control system can change as the pressure of the liquid, the liquid pressure can be varied by the energy to pass through various control valves and hydraulic control line transmission into the cylinder, pushing fixed to the upper beam master cylinder to drive up and down the beam moves back and forth, up and down by four pillars guiding the mold is closed, pressing the workpiece need, and then the top of the cylinder to suppress a good piece ejection.The graduation project is YA23-40 type hydraulic machine application system stability and hydraulic shock as the research object, the hydraulic system by improving the design of this device reliability. First investigated the design and operating principle YA23-40 type hydraulic machine hydraulic system, then cycle to work and working conditions are analyzed and proposed solutions of the hydraulic system and PLC control system on the basis of these analyzes, then by calculate chose the main hydraulic components, and finally draw a schematic diagram of the hydraulic system and PLC control wiring diagram by AutoCAD software.Key word：Hydraulic machine; Hydraulic system; Hydraulic components1 引言1.1选题目的和意义本课题的主要目的是对YA23-40型四柱液压机液压系统的研究设计，通过本次设计可以提高液压系统工作时的稳定性以及液压冲击对设备的可靠性等。另外，通过本次设计可以巩固和深化所学知识、掌握液压系统设计的一般方法步骤、培养自己发现问题解决问题的能力。所以，本设计对YA23-40型四柱液压机的应用具有很大的研究意义。1.2国内外研究现状综述科学技术的不断进步决定液压传动技术的发展与研究动向，目前液压技术正向着高度集成化、高速、高压、高效、经久耐用、低噪音的方向发展。随着计算机科学技术的进步，一些新型液压系统和液压元件的设计都运用了计算机CDC、CAT、CAD、计算机仿真与优化、计算机实时控制等计算机辅助技术，一定程度上提高了产品设计的质量。虽然液压传动技术简洁方便，但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：液压系统工作时的工作介质的泄漏、液压冲击对设备可靠性的影响、稳定性的影响等等，这些问题都是液压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。其中液压系统研究成果及实例有：2007年，重庆大学陈小刚硕士，通过有限元分析软件ANSYS建立了液压缸和上横梁等关键部件的有限元分析模型，求解得到了应力应变分布云图，并根据有限元分析结果。对液压机主要零部件进行了结构优化设计和改进。最后，详细分析了关键零部件结构优化改进后主要参数的优化效果，并将优化设计结果应用于企业实际中，根据结构优化方案，已生产出改型的YJ32-100A四柱型液压机。取得了较好的应用效果。2004年03期，YB32-500四柱万能液压机液压系统故障分析与改造，对YB32500四柱万能液压机液压系统进行分析 ,对其液压故障进行了诊断与排除 ,提出了提高安全性的系统改进方案。国外研究者采用飞机液压系统提供动力，以及粉末冶金塑料及橡胶制品成型；胶合板压制。更在深海工具中以海水为介质的液压系统与传统液压系统相比有突出的优越性。1.3 液压传动的优缺点液压传动是利用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式，与机械传动、电气传动相比，液压传动的主要优点：（1）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；（3）操作控制方便，易于实现较大范围内的无级变速；（4）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（5）可以实现快速而且无冲击的变速和换向；（6）与机械传动相比易于布局和操纵；液压传动的主要缺点：（1）由于流体流动的阻力损失和泄露较大，所以效率较低；（2）工作性能易受温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作；（3）液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵；（4）由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的定比传动；（5）液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平2；2 液压系统分析2.1 YA23-40型四柱液压机液压传动系统结构原理分析图2-1为YA23-40型四柱液压机系统原理基本组成。我们可以通过它进一步理解一般液压机系统应具备的基本性能和组成情况。图2-1 四柱液压机在图2-1中，YA23-40型四柱液压机是利用液压泵将原动机的机械能通过液压控制系统换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和液压控制管路的传递进入油缸，推动固定在上横梁上的主缸带动上下活动梁来回移动，由四个立柱导向将上下模具闭合，压制所需要的工件，再于顶出缸把压制好的工件顶出。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。（1）动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。（2）执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。（3）控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。（4）辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。（5）工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。综上述YA23-40型四柱液压机液压系统需要完成的动作循环为：主缸活塞滑块快速下行主缸活塞滑块慢速加压主缸保压主缸卸压主缸活塞滑块回程顶出缸活塞顶出顶出缸活塞退回YA23-40(40吨)型四柱液压机基本技术参数：（1）主缸公称压力 400KN（2）主缸回程力 80KN（3）顶出缸公称压力 50KN（4）顶出缸回程力 30KN（5）滑块距工作台最大距离 1800mm（6）滑块行程 1200mm（7）顶出行程 400mm（8）工作压力 20MPa（9）滑块速度 空程速度 100mm/s 挤压速度 20mm/s 回程 100mm/s（10）顶出速度 顶出 100mm/s 回程 150mm/s2.2 工况分析2.2.1工作循环分析根据上述对YA23-40型四柱液压机液压系统的分析可知，液压系统的工作循环为：主缸：快速下行慢速加压保压卸压快速回程原位停止顶出缸：慢速顶出快速退回故绘制出YA23-40型四柱液压机液压系统的工作循环图，如图2-2所示：图2-2 YA23-40型四柱液压机工作循环图2.2.2负载分析根据提供的工况条件，立式安装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑行时，运动部件的质量为500Kg。（1）工作负载工件的压制抗力即为工作负载：（2）摩擦负载由于导柱与滑块垂直，摩擦负载较小，可忽略不计，故：静摩擦阻力： 动摩擦阻力： （3）惯性负载自重:（4）液压缸在各工作阶段的负载值：液压缸的机械效率，一般取=0.9-0.97。本处取=0.9表2-1工作循环各阶段的外负载工况负载组成推力 F/快速下行慢速加压快速回程根据主缸的工艺要求和参数，将各执行元件在各阶段的速度用图2-3所示的速度-位移（v-s）曲线表示。将各执行元件在各阶段所需克服的负载用图2-4所示的负载-位移（F-s）曲线表示。 图2-2 主缸速度循环图 图2-3主缸负载循环图3 液压系统的设计3.1确定液压系统方案液压机液压系统的特点是在行程中压力变化很大，所以在行程中不同阶段保证达到规定的压力是系统设计中首先要考虑的。确定液压机的液压系统方案时要重点考虑下列问题：3.1.1快速行程方式液压机液压缸的尺寸较大，在快速下行时速度也较大，从工况图看出，此时需要的流量较大（289.4 L/min），这样大流量的油液如果由液压泵供给；则泵的容量会很大。液压机常采用的快速行程方式可以有许多种，本机采用自重快速下行方式。因为压机的运动部件的运动方向在快速行程中是垂直向下，可以利用运动部件的重量快速下行；在压力机的最上部设计一个充液筒（高位油箱），当运动部件快速下行时高压泵的流量来不及补充液压缸容积的增加，这时会形成负压，上腔不足之油，可通过充液阀、充液筒吸取。高压泵的流量供慢速压制和回程之用。此方法的优点为不需要辅助泵和能源，结构简单；其缺点为下行速度不易控制，吸油不充分将使升压速度缓慢，改进的方法是使充液阀通油断面尽量加大，另外可在下腔排油路上串联单向节流阀，利用节流造成背压，以限制自重下行速度，提高升压速度。3.1.2减速方式液压机的运动部件在下行行程中快接近制件时，应该由快速变换为较慢的压制速度。减速方式主要有压力顺序控制和行程控制两种方式；压力顺序控制是利用运动部件接触制件后负荷增加使系统压力升高到一定值时自动变换速度；某些工艺过程要求在运动部件接触制件前就必须减速，本例压制轴瓦工艺就有这个要求，这时适合选用行程减速方式。本系统拟选用机动控制的伺服变量轴向柱塞泵（CCY型）作动力源，液压泵的输出流量可由行程挡块来控制，在快速下行时，液压泵以全流量供油，当转换成工作行程（压制）时，行程挡块使液压泵的流量减小，在最后20 mm内挡块使液压泵流量减到零；当液压缸工作行程结束反向时，行程挡块又使液压泵的流里恢复到全流量。与液压泵的流量相配合（协调），在液压系统中，当转换为工作行程时，电气挡块碰到行程并关，发信号使电磁换向阀5的电磁铁3YA得电，控制油路K不能通至液控单向阀8，阀8关闭，此时单向顺序阀2不允许滑块等以自重下行。只能靠泵向液压缸上腔供油强制下行，速度因而减慢（见图1.4）。3.1.3压制速度的调整制件的压制工艺一般要提出一定压制速度的要求，解决这一问题的方很多，例如可以用压力补偿变量泵来实现按一定规律变化的压制速度的要求。本例中采用机动伺服变量泵，故仍利用行程挡块（块挡的形状）来使液压泵按一定规模变化以达到规定的压制速度。3.1.4压制压力及保压在压制行程中不同阶段的系统压力决定于负载，为了保证安全，应该限制液压系统的最高压力，本系统拟在变量泵的压油口与主油路间并联一只溢流阀作安全阀用。有时压制工艺要求液压缸在压制行程结束后保压一定时间，保压方法有停液压泵保压与开液压泵保压两种，本系统根据压机的具体情况拟采用开液压泵保压；此法的能量消耗较前一种大。但系统较为简单。3.1.5泄压换向方法液压机在压制行程完毕或进入保压状态后，主液压缸上腔压力很高，此时由于主机弹性变形和油液受到压缩，储存了相当大的能量。工作行程结束后反向行程开始之前液压缸上腔如何泄压（控制泄压速度）是必须考虑的问题，实践已证明，若泄压过快，将引起剧烈的冲击、振动和惊人的声音，甚至会因液压冲击而使元件损坏。此问题在大型液压机中愈加重要。各种泄压方法的原理是在活塞回程之前，当液压缸下腔油压尚未升高时，先使上腔的高压油接通油箱，以一定速度使上腔高压逐步降低。本例采用带阻尼状的电液动换向阀，该阀中位机能是H型，控制换向速度，延长换向时间，就可以使上腔高压降低到一定值后才将下腔接通压力油（见图1.5）。此法最为简单，适合于小型压机。3.1.6主缸与顶出缸的互锁控制回路为保障顶出缸的安全，在主缸动作时，必须保证顶出缸的活塞下行到最下位置。本例采用两个换向阀适当串联的方法来实现两缸的互锁控制（见图1.5）。从图1.5中可见，只有在阀6处于右位工作时，即顶出缸活塞是下行状态时压力油才会通入换向阀4，主缸才能动作。当阀6处于左位工作，顶出缸为上行状态时，只有压力很低的回油通至阀4，主缸才不能动作。3.2 液压原理图的拟定3.2.1 绘图液压原理图在以上分析的基础上，拟定的液压系统原理图如图1.5所示。图1.5 液压机液压系统原理图系统的工作过程如下：液压泵起动后，电液换向阀4及6处于中位，液压泵输出油液经背压阀7再经阀6的中位低压卸荷，此时主缸处于最上端位置而顶出缸在最下端位置，电磁铁2YA得电，换向阀6在右位工作，此时5YA得电，换向阀4也在右位工作，液压泵输出的压力油进入主缸上腔，此时3YA也得电，控制油路经阀5通至液控单向阀3，使阀3打开，主缸下腔的油能经阀3很快排入油箱，主缸在自重作用下实现快速空程下行，由于活塞快速下行时液压泵进入主缸上腔的流量不足，上腔形成负压，充液筒中的油液经充液阀（液控单向阀）1吸入主缸。当电气挡块碰到行程开关时3YA失电，控制油路断开，阀3关闭，此时单向顺序阀（平衡阀）2使主缸下腔形成背压，与移动件的自重相平衡。自重快速下行结束。与此同时用行程挡块使液压泵的流量减小，主缸进入慢速下压行程，在此行程中可以用行程挡块控制液压泵的流量适应压制速度的要求。由压力表刻度指示达到压制行程的终点。行程过程结束后，可由手动按钮控制使5YA失电，4YA得电，换向阀4换向，由于阀2带阻尼器，换向时间可以控制，而阀4的中位机能是H型，阀处于中位时使主缸上腔的高压油泄压，然后阀4再换为左位，此时压力油经阀2的单向阀进入主缸下腔，由于下腔进油路中的油液具有一定压力；故控制油路可以使阀1打开，主缸上腔的油液大部分回到充液筒，一部分经阀4排回油箱，此时主缸实现快速回程。充液筒油液充满后，溢出的油液可经油管引至油箱。回程结束后，阀4换至中位，主缸静止不动。1YA得电，2YA失电，阀6换至左位，压力油进入顶出缸下腔，顶出缸顶出制件，然后1YA失电，2YA得电，阀6换至右位，顶出缸回程；回程结束后，2 YA失电，阀6换至中位，工作循环完成，系统回到原始状态。3.2.2 PLC 控制系统设计如图3-2所示，在液压系统的电气控制原理设计中，通过利用PLC电路来实现该四柱液压件的自动化控制。基于YA23-40型四柱液压机的工作要求，PLC 控制系统的控制方式包括自动连续运行、单步运行和手动运行3 种工作模式。进行调试或调整设备时可采用手动运行模式或单步运行模式，正常生产时选用自动连续运行模式。根据设计要求给出PLC 控制系统的外部接线图，如图3-2所示。图3-2控制系统的接线图根据图3-2示，有3个控制按钮来控制四柱液压机的液压系统。其电磁铁动作顺序表如下：液压系统电磁铁动作见表1.2，液压元件规格明细表见表1.3。1.2 电磁铁动作循环表元件 动作1YA2YA3YA4YA5YA主缸快速下行+主缸慢速下压+ +主缸泄压+-主缸回程+顶出缸顶出+顶出缸回程+原位卸荷注：“+”表示得电，“”表示失电4 液压系统的计算和液压元件的选择4.1 液压缸的选择4.1.1主缸的选择由表4-2和表4-3可知，四柱液压机主缸的液压系统在最大负载约为393100N时宜取p=20MPa。主缸选用单杠式。按表4-5的机床类型来分，缸筒直径D和活塞杆直径d的关系为d=0.7D。由工进时的推力计算主缸面积: (4.1)故有， (4.2)当按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），将这些直径圆整成就近标准值时，得D=180mm，d=125mm.由此求得主缸两腔的实际有效面积为：, (4.3) 4.1.2顶出缸的选择按工作要求顶出力由顶出缸提供，已知顶出缸顶出力为F1=50000N，现取顶出缸的工作压力p3=8MPa，缸筒直径D1和活塞直径d1的关系同样为d1=0.7D1设顶出缸无杆腔工作面积为A3，有杆腔工作面积为A478。由顶出时的顶出力计算顶出缸的面积: 故有，当按GB/T 2348-1993（按表4-6和4-7），将这些直径圆整成就近标准值时，得D1=100m，d1=70m.由此求得顶出缸两腔的实际有效面积为：，表4-1 根据上述D与d值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率工况负载回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率计算式快速下行起动110000.159106加速13501.2471060.747106恒速11000.6831063.07810-42.102102慢速加压3931000.81062.3971060.078510-40.188102快速回程109000.51061.1361064.80710-45.461102表4-2 按负载选择执行元件的工作压力负载F/N5000500010000100002000020000300003000040000工作压力816采用带补液液压泵的闭式回路比中低压系统高50100%高压系统1632锻压机械等初算时背压可忽略不计表4-5 液压缸内径D活塞杆直径d关系按机床类型选取按液压缸工作压力选取机床类型工作压力P/PA磨床、珩磨及研磨机床0.20.320.20.3插床、拉床、刨床0.5250.50.58钻、镗、车、铣床0.7570.620.7070.70表4-6 液压缸内径寸系列（GB2348-80） 单位：mm 810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220)250320400500630表4-7 活塞杆直径d（GB2348-80） 单位：mm456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360404.2 液压泵的选择4.2.1 液压泵的压力 液压泵的最高工作压力就是液压缸慢速下压行程终了时的最大工作压力pp =19.6MPa因为行程终了时流量q0，管路和阀均不产生压力损失；而此时液压缸排油腔的背压已与运动部件的自重相平衡，所以背压的影响也可不计。 液压泵的最大流量qpK（q）max泄漏系数K = 1.11.3，此处取K = 1.1。由工况图（图1.3）知快速下降行程中q为最大（q = 289.41 L/min），但此时已采用充液筒充液方法来补充流量，所以不按此数值计算，而按回程时的流量计算。qmax=q3=59.9 L/minqp =1.1q3=1.159.9=65.9 L/min 根据已算出的qP和pP，选轴向杜塞泵型号规格为63CCY14-1B，其额定压力为32 MPa，满足2560压力储备的要求。排量为63m L/r，电动机同步转速为1500 r/min，故额定流量为：q=qn=94.5L/min额定流量比计算出的qP大，能满足流量要求，此泵的容积效率v =0.92。4.3 电动机的选择 电动机功率 驱动泵的电动机的功率可以由工作循环中的最大功率来确定；由工况分析知，最大功率为5.76 kW，取泵的总效率为泵=0.85。则P=6.78 kW选用功率为7.5 kW，额定转速为1440r/min的电动机。电动机型号为：Y132m-4（Y系列三相异步电动机）。4.4 液压阀的选择液压控制阀是液压系统中用来控制液流的压力、流量和流动方向的控制元件,是影响液压系统性能，可靠性和经济性的重要元件。4.4.1 方向控制阀的选择方向控制阀简称方向阀，主要用来通断油路或切换油液流动的方向，以满足对执行元件的启停和运动方向的要求。其中有单向阀和换向阀两种。4.4.2压力控制阀的选择在液压传动中，用来控制和调节液压系统压力高低的阀类称压力控制阀。按其功能和用途不同可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和背压阀等。4.4.3流量控制阀的选择调速阀是进行了压力补偿的节流阀。它由单向阀和节流阀并联而成，节流阀用来调节通过的流量，单向阀则用来控制油液流动方向，防止油液反向流动。阀2、4、6、7通过的最大流量均等于qP，而阀1的允许通过流量为q：q =q1qP=289.465.9=223.5 L/min阀3的允许通过流量为q =q1=289.4=67.9 L/min阀8是安全阀，其通过流量也等于qP。以上各阀的工作压力均取p32 MPa。本系统所选用的液压元件见表1.4。表1.4 液压机液压元件型号规格明细表表1.4 液压元件明细表序 号名 称型 号1液控单向阀SV30P-30B2单向顺序阀（平衡阀）DZ10DP1-40BY3液控单向阀SV20P-30B4电液换向阀WEH25H20B106AET5电磁换向阀3WE4A10B6电液换向阀WEH25G20B106AET7顺序阀DZ10DP140B210M8溢流阀（安全阀）DBDH20P10B9轴向柱塞泵63CCY14-1B10主液压缸自行设计11顶出液压缸自行设计12压力表Y-10013压力表开关KF-L8/20E4.5 辅助元件的设计4.5.1 滤油器的选择液压油中往往含有颗粒状杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞，使系统工作可靠性大为降低。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。根据设计规格和尺寸参数选择滤油器型号：XU-22X10016。4.5.2 油管类型的选择液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。（1）钢管 高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。（2）铜管 紫铜管工作压力在6.510MPa以下，易变形，便于装配；黄铜管承受压力较高，达25MPa，不如紫铜管易弯曲。铜管价格高，抗震能力弱，易使油液氧化，应尽量少用，只用于液压装置配接不方便的部位。（3）软管 用于两个相对运动件之间的连接。高压橡胶软管中夹有钢丝编织物；低压橡软管中夹有棉线或麻线编织物；尼龙管是乳白色半透明管，承压能力为2.58MPa，多用于低压管道。因软管弹性变形大，容易引起运动部件爬行，所以软管不宜装在液压缸和调速阀之间。综上所述本设计采用的管道是无缝钢管17。4.5.3 油管尺寸的确定（1）油管内径d按下式计算： (4.6)其中，-油管的最大流量；查文献资料得工况中系统的最大流量为18.6L/min。-管道内允许的流速，一般吸油管取0.55m/s，压力油管取 2.55 m/s，回油管取1.52 m/s。表4-8 各管路流速选值管道流速（m/s）回油管路2吸油管路1.3压力油管路4计算出内径d后，按标准系列选出相应的管子。（2）油管壁厚按下式计算： (4.7)其中，-管内最大工作压力，根据设计手册查得最大工作压力为30MPa； 管道内径；-管道材料的许用应力；=；管道材料的抗拉强度；根据设计手册查得，其抗拉强度取340MPa;-安全系数，钢管P7 MPa时，取=8；P17.5 MPa时，取=6； P17.5 MPa时，取=4，所以安全系数取=4。根据计算出的油管内径和壁厚，查手册选取标准规格油管 18。表4-9 标准规格油管管路名称允许流速/管道内径/实际取值/壁厚/吸油管1.30.01740.0183.5压油管40.00990.0112回油管20.00140.01534.5.4 油箱容量的选择初步确定油箱的有效容积,跟据经验公式来确定油箱的容量： (4.8)其中，-液压泵每分钟排出的压力油的容积； -经验系数。已知所选泵的总流量为20L/min,这样，液压泵每分钟排出的压力油体积为20L，查表4-8选取=41819，故： (4.9)表4-10 油箱经验系数表系统类型行走机械低压系统中压系统锻压系统冶金系统12245761210根据上述液压元件的选择，各个液压元件型号如下：表4-11 液压元件的型号序号元件名称型号1单向阀I-10B2三位四通电磁阀24D-25B3两位四通电磁阀4WE6D61B4行程阀XQ2506125背压阀DB10K2-4X-100YV6减压阀J-25B7调速阀2FRM-168滤油器XU-22X1005 液压系统性能验算因为慢速加压在工作循环中所占的时间最长，所以系统发热和油箱升温可按慢速加压工况来计算。 通过查得
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