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电气电子毕业设计论文
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毕业设计52冲孔压力机,电气电子毕业设计论文
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1 目录 摘要 3 ABSTRACT 4 文献综述 5 第 1章 绪论 6 1.1 液压技术与液压机的发展现状和趋势 6 1.2 冲孔压力机整体设计概述 7 1.3 本课题意义及其研究重点 8 第 2章 本液压 机所需完成工序步骤分析 9 第 3章 机械、液压（气动）与电气控制间的相互制约与影响 11 3.1 相关内容介绍 11 3.2 确定三部分相关内容 11 第 4章 液压系统设计 16 4.1 设计概述 16 4.2 液压系统各工作缸分析 18 4.2.1 主工作 缸 18 4.2.2 水平工作缸 21 4.2.3 工作台锁紧缸 21 4.2.4 侧冲油缸 21 4.3 主工作油缸的设计 21 4.3.1 计算主工作油缸尺寸 21 4.3.2 绘制主工作缸工况图 23 4.4 总的液压系统设计 25 4.4.1 液压系统设计步骤 25 4.4.2 液压系统原理图 31 第 5章 气压系统的设计 43 5.1 气压系统设计步骤 43 5.2 气压系统原理图 46 第 6章 归纳总结 49 nts 2 6.1 设计工作总结 49 6.2 认识与展望 49 参考文献 52 致谢 53 附录： 1.英语文章及翻译 2.设计图纸 nts 3 摘要 本文进行了冲孔压力机的机械结构、液压系统、气压系统及 PLC 控制系统等的设计，侧重点在液压部分的设计，该内胆冲孔压力机用于电冰箱内胆 冲孔压力加工，加工过程中除了模具安装、工件装卸之外，整个冲孔加工过程由 PLC控制油缸工作自动完成。通过以上环节的设计，该内胆冲孔压力机符合 要求，并且这些研究为以后再对该系统的改进打下了一定的基础。 关键词： 内胆冲孔压力机 液压 气压 PLC nts 4 ABSTRACT This article has carried on the hydraulic system and the PLC control and so on,especially on the hydraulic system.The design in gallbladder punch holes press mechanism.This in gallbladder punch holes press in the electric refrigerator the gallbladder punch holes shaping,in the processing process besides mold installment work piece loading and unloading,the entire punch holes processing process automatically completes by the PLC contron cylinder work. Though the above link design,this gallbladder punch holes press conforms to the requirement,and the research has built the certain founfation again for later to this system improvement. KEY WORDS: Gallbladder punch holes press mechanism Hydraulic pneumatic PLC nts 5 文献综述 人类社会日新月异的飞速发展，人们对生活质量要求越来越高。在家用电器这一行，人们的需求也越来越多。家电外壳零件在制造过程重属于低压加工。考虑到经济成本、技术程度及可靠性，液压系统是一个不错的选择 。 特别是在一些发展中国家，由于液压系统的成本较低尤其适合采用液压机发展制造业。不仅适应性高、价格低廉而且环保。以本课题为例，电冰箱内胆冲孔压力机 ， 不仅适合电冰箱内胆的加工，只需更换相应的模具，同样适合其他产品零部件的冲压加工。不过必须考虑不同加工工作时的压力机称载问题。 在科技发达的当今时代，更加注重的是机械的自动加工。采用液压系统，可以方便的与微电子、计算机等进行信号交换与传输，可以实现计算机的全自动化控制，实现机械系统的自动加工。 然而，同时我们也要考虑到液压系统本身的一些劣势。液压系统要求具有 良好的工作环境，不仅要噪声，泄露小，液压元件中无机件变形，无间隙变化，无对偶摩擦发热，无运动件是衡，无管口松动等。否则，会导致磨损加剧、冲击振荡加大、正常邮路受阻。不仅浪费能源，降低元件使用寿命，而且妨碍系统正常使用。这些都是液压系统中有待解决的问题。 除了研究如何解决液压系统的基本缺陷外，如何利用液压系统实现智能化加工也是目前研究的一个十分重要的方向。这是电液结合的必然结果。这种趋势，促使液压系统的研究成为几门学科的交叉结合点。 本设计加工过程除了模具安装、工件卸载之外，整个冲孔加工过程由 PLC 控制油缸工作 自动完成。 本 设计采用中高压大流量恒功率式变量柱塞泵供油，此种类型的液压泵精度高、密封性能好，工作压力高，符合设计工艺要求。 液压机是典型的以 压力控制为主的液压系统。本机含有调速回路、卸荷回路、保压回路等，可保证工作顺利平稳地进行。 nts 6 第一章 绪论 1.1 液压与气动技术的发展历史、 现状及趋势 液压与气动技术是一门有着悠久发展历史的技术，从 1795 年世界上第一台水压机诞生，到现在已有 200 多年的历史。至上世纪 50 70 年代，随着工艺水平的极大提高，液压技术也得到了迅速发 展，成为实现现代传动和控制的关键技术，其发展速度仅次于电子技术。特别是近年来流体技术与微电子、计算机技术相结合，使液压与气动技术进入了一个新的发展阶段。据有关资料记载，国外生产的 95%的工程机械、 90%的数控加工中心、 95%的自动生产线，均采用了液压与气动技术。在国民经济很多领域均需应用液压与气动技术，其水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志之一。 液压与气动技术是利用有压流体（压力油或压缩空气）为介质来实现自动控制和各种机械的传动，它在工业生产的各个领域均有广泛应用，在机械类及近机类高等教 育的课程中，已成为一门重要的专业基础课，而且也是一门能直接用于工程实际技术的学科。 液压技术之发展如此迅速，是因为与其他传动技术相比有很多独特的优势： （ 1） 重量功率比小，已达到 0.5kg/kw. （ 2） 液压元件的体积小。 （ 3） 液压系统具有良好的压力、流量控制品质。 （ 4） 液压系统具有较快的响应速度。 （ 5） 可以通过介质进行远程功率传输。 （ 6） 液压能可简便的转换为机械能。 （ 7） 液压介质带走元件产生的热能，介质冷却较方便。 液压技术的形成和发展已经经历了标准化、优质化、智能化三个阶段。力图提高工作机械的效率、减小体积和重量、加大输出功 率。智能化的实现是与微处理器等现代电子器件相结合的。液压机同所有的液压系统一样是根据帕斯卡原理制造的，是一种利用液体压力能实现能量传动的机械装置。由于液压机在实际工作中的广泛应用性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。如粉末冶金、塑料及橡胶制品成型、型材挤压、较直等。八十年代以来，随着微电子技术、液压技术等相关技术发展，液压机有了更进一步的发展。目前，液压机的最大标称nts 7 压力已达 750MP（用于金属模锻成型加工）众多机型采用 CNC 或工业 PC 来进行控制，使产品的加工质量和生产效率有了极大的提高。 1.2 冲孔压 力机整体设计概述 为了满足电冰箱内胆冲孔压力加工的要求，考虑设计一台液压机。加工工程除木模具安装、工件装卸外，整个冲孔加工过程由 PLC控制液压缸工作自动完成。本文重点设计了冲孔压力机的液压、气压系统部分。主要包括： 1. 液压部分：制定系统工艺、详细设计系统参数、分析系统工作原理、设计系统回路、挑选系统元件、验算系统性能等。 2. 气压部分：承载不大，故只设计可相应简单的执行、控制系统。 1.3压力机液压系统介绍 1.基本要求 为了完成一般的压制工艺，要求主液压缸驱动工作台带动上模具实现“快速下行 慢行下行（接近工件） 冲孔加工（延时保压） 快速返回”的工作循环。要求水平工作液压缸驱动水平台实现“快速移出 装胆 快速移进 慢速回位”的工作循环。 该液压系统中的压力要求经常变换和调节，为了产生较大的压力以满足工作要求，系统的压力较大，为中高压系统。根据初始设计参数，取最大工作压力15MP。 该液压系统功率大，空行程和加压行程的速度差异大因此要求功率利用合理。为此，在设计系统回路中含有调速阀、单向阀等，并与电磁换向阀、压力继电器的一起控制油路工作。 该液压机为中高压大流量系 统，队工作平稳性和安全性要求较高。设计了如：蓄能器、节流阀、单向阀的一系列保护元件。 2.主要特色 本设计采用中高压大流量恒功率式变量柱塞泵供油，此种类型的液压泵精度高、密封性能好，工作压力高，符合设计工艺要求。 液压机是典型的以压力控制为主的液压系统。本机含有调速回路、卸荷回路、保压回路等。 该液压机利用上模及工作台的自重来实现快速下行，这一系统结构简单，nts 8 液压元件少，在中小型液压机重常被采用。采用电液换向阀，适合中高压大流量液压系统。 1.3本课程的意义及研究重点 人类社 会日新月异的飞速发展，人们对生活质量要求越来越高。在家用电器这一行，人们的需求也越来越多。家电外壳零件在制造过程重属于低压加工。考虑到经济成本、技术程度及可靠性，液压系统是一个不错的选择。 特别是在一些发展中国家，由于液压系统的成本较低尤其适合采用液压机发展制造业。不仅适应性高、价格低廉而且环保。以本课题为例，电冰箱内胆冲孔压力机 ， 不仅适合电冰箱内胆的加工，只需更换相应的模具，同样适合其他产品零部件的冲压加工。不过必须考虑不同加工工作时的压力机称载问题。 在科技发达的当今时代，更加注重的是机械的自动加 工。采用液压系统，可以方便的与微电子、计算机等进行信号交换与传输，可以实现计算机的全自动化控制，实现机械系统的自动加工。 然而，同时我们也要考虑到液压系统本身的一些劣势。液压系统要求具有良好的工作环境，不仅要噪声，泄露小，液压元件中无机件变形，无间隙变化，无对偶摩擦发热，无运动件是衡，无管口松动等。否则，会导致磨损加剧、冲击振荡加大、正常邮路受阻。不仅浪费能源，降低元件使用寿命，而且妨碍系统正常使用。这些都是液压系统中有待解决的问题。 除了研究如何解决液压系统的基本缺陷外，如何利用液压系统实现智能化加工也是 目前研究的一个十分重要的方向。这是电液结合的必然结果。这种趋势，促使液压系统的研究成为几门学科的交叉结合点 nts 9 第 2 章 本液压机所需完成 工艺过程 分析 此部分内容为设计工作的前奏，我们先对液压机的运作情况作一个整体的认识， 为了满足电冰箱内胆冲孔压力加工的要求，考虑设计一台液压机。加工工程除木模具安装、工件装卸外，整个冲孔加工过程由 PLC控制液压缸工作自动完成。本文重点设计了冲孔压力机的液压、气压系统部分。主要包括： a.液压部分：制定系统工艺、详细设计系统参数、分析系统工作原理、设计系统回路、挑选系统元件、验算系统性能等。 b.气压部分：承载不大， 简单设计系统参数、设计系统回路、挑选系统元件。 1.主液压缸 ：主液压缸驱动工作台带动上模具实现如下工作循环： 快速下行 慢速下行（接近工件）冲孔加工（延时保压）快速返回 油缸下行时的负载分析： 油缸在系统压力油和油缸运动部件自重共同作用下快速下行，此时要克服的外负载几乎没有，故此时系统工作压力很小，但由于运动速度快，油缸的输入流量大。此时为防止油缸下行失速，在系统回油路上应考虑设置平衡背压装置。 随后为保证进行冲 孔加工是运动平衡，我们考虑在油路设置切换装置，在接近工件部件处，油路切换，油缸活塞由快速转为慢速行进，这里我们考虑采用调速阀，目的是考虑到下行速度可调且速度运动平稳。当活塞下行接触到工件时，油缸上腔的压力随着负载增大迅速上升，直至克服阻力完成冲孔加工，冲孔完毕阻力负载消失，系统压力又随即下降，回到慢行阶段，直至运动到行程终点。 油缸的返回行程由电磁换向阀切换油路进行通行，油缸下腔通压力油。此时由于油缸运动部件自重的影响，系统压力将会上升，直至活塞开始向上运动。较之快速下行速度，上行是速度要慢一些，但应设计成 比工进行程的速度快，以节约运动时间，此时上升行程的回油路不存在背压，这与下行是不相同的。 2.水平液压缸 ： 要求水平液压缸驱动水平工作台实现如下循环： 快速移出 慢速移出停留（装胆）快速返回慢速返回 同样选用单活塞双作用油缸。液流换向采用三位四通电磁换向阀（弹簧复位）控制。油缸活塞在移出、回位过程中均有速度变换，且均从快速到慢速。我们采用对应相同速率。通过节流阀与二位两通电磁换向阀并联控制。 nts 10 3.工作台锁紧缸 ：其工艺过程如下： （工作台水平油缸回位）锁紧缸 上行（锁住下工作台）冲孔加锁紧缸下行（松开下工作台）水平工作台移出水平工作台回位。 油缸同样采用单活塞双作用式油缸，为锁紧安全及定位可靠，取用两个油缸，同步工作，初设工作行程为 70mm。液流换向阀采用三位四通电磁换向阀（弹簧复位）控制。主要考虑的是冲压主油缸，工作台水平进出油缸，工作台锁紧油缸三者之间动作顺序。 nts 11 第 3 章 机械、液压（气动）与电气 控制 间的相互 制约与影响 3.1 相 关 内容介绍 本设计虽分为三个部分，但它们之间是相互关联的一个整 体， 设计工作中必须综合起来考虑，大体表现在以下几个方面： 1.根据系统的要求，按照经验公式确定油箱的容积，从而为油箱的机械部分设计提供依据。 2.主冲压油缸的相关尺寸及其工作位置的确定，从而使机械部分的设计为其预留相关的安装位置。 3.同主冲压油缸一样， 水平油缸、锁紧油缸也需提供相关参数。 4.液压元器件的选择为电气部分设计提供依据，包括电磁换向阀、溢流阀、调速阀、液控单向阀以及节流阀的相关规格和型号等。 3.2 确定三部分相关内容 首先计算主要液压缸的结构尺寸，为有关机械设计提供相关依据。 3.2.1 计算主缸工作油缸尺寸 图 3.1 主缸计算示意图 P1A1 P2 A2 Fmax nts 12 计算油缸尺寸是应考虑油缸最大工作负载，即冲压负载。按照设计要求最大冲压力应达到 40吨，另结合系统进油最大工作压力 15Mpa。 如图 3.1示意。 油压机主工作油缸的极限载荷出现在冲压加工过程中。按照设计要求最大冲压力应为 40吨，即最大负载阻力 FMAX=40T=4 104N。 假设此时系统工作为 150MPa，而进入油缸中的油液已经流通了调速阀，一般情况下最少有 4 5MPa的压力降。为了实现速 度调节，压降还可以更大，暂取为 6MPa,故 P1=150-6=144MPa。 P2回油背压按常规取为 5 8MPa,也取为 6MPa2.即 P2=6MPa.G为油缸运动部件自重，按机械部分设计参数约为 4000kg,另考虑活塞因摩擦、粘性阻尼造成的损失，机械效率为 m=0.96. 固有（ P1A1-P2A2） m=F-G 为计算油缸有关尺寸，如缸径 d，先考虑 d/D 比值。其选取要考虑系统工作压力，油缸的工作方式（受拉还是受压），也必须考虑油缸往复运动速比。 本主工作油缸液压系统最高工作压力 150N,属于中高压，故 d/D 比值也不宜过小，考虑油缸运动时工进与快退的工作速度，工进是为保证速度平稳，速度较慢，退回（上升）时不工作，速度可适当加快，考虑到工作部件运动惯性，也不宜太快。通常情况下速比 =V 回 /v 进 比值大小与 d/D比值有关。 d/D 大，则小 ; d/D小，则大。 综合考虑，根据设计手册推荐意见（规定 d/D=0.5 0.7） .我们暂取 d/D 0.62，此时 =1.62. 于是有 P1 D2/4- P2( D2/4- d2/4)=(F-G)/ m 利用 d=0.62D，代入相关数据可计算出 D=4（ F-G） /( P1-0.6156 P)g m d=0.62D=11.96mm 把油缸尺寸元整化，我们可以取 活塞杆径 d=12cm=120mm 油缸缸径 D=18cm=180mm nts 13 此时油缸面积为 A1=254.5cm2 A2=141.37cm2 3.2.2 计算水平工作油缸尺寸 水平缸承受的最大工作压力是在模具重量下产生，因选用滑动导轨，摩擦系数取 =0.2，故工作台工作时最大负载 F max= m=0.2 7000=1400N,进油路压力 P1=与回油路压力 P2与前述分析相同，分别为 P1=144MPa , P2=6 MPa. 有 P1 D12/4- P2( D12/4- d12/4)=F/ m 暂取 d1/D1=0.71,此时 =V 回 /v 进 =（ V 回 =200mm/s,v 进 =100mm/s） 计算得 D1=3.6cm d1=2.5cm 按标准元整为 D1=40mm d1=22mm 此时面积为 A1=0.25 D12=12.56cm2 A2=0.25 d12=8.76cm2 3.2.3 计算工作台 锁紧缸尺寸 锁紧缸承受的 最大压力也是模具重量产生， F max=7 103N 锁紧行程为 70mm，设速度 V=35mm/s.往返速度相同，去 d2=0.71cm D2计算过程如上，求得 D2=8cm d2=5.76cm 按标准元整为 D2=80mm d2=50mm 此时面积为 A1=50.24cm2 A2=30.62cm2 nts 14 3.2.4 计算侧冲缸尺寸 侧冲工艺师紧接在主冲压工艺后完成的。载荷 7 吨，行程 50mm，速度V=50mm/s。 设往返速度相同，取 d3=0.71 D3计算过程同上，求得： D3=8cm d3=5.76cm 按标准元整为 D3=80mm d3=50mm 此时面积为 A1=50.24cm2 A2=30.62cm2 确定液压系统元件的规格和型号，为电气控制部分提供依据。 3.2.5 计算主缸运动所需最大流量： Qmax=A Vmax Vmax为油缸活塞最大运动速度，它出现在油缸快速下行阶段，此时要保持油缸运动速度，系数必须提供足够流量。 此时油缸工作腔面积 A=254.5 cm2，油缸的运动速度我们参考经验数据，以及设计手册上所提供的油压机运动速度常数。 通常情况下：要求工 进速度 V 工 50mm/s 快进速度 V 快进 300mm/s 快退速度 V 快退 300mm/s 为了简化液压系统，降低成本，减少系统发生液压冲击的可能性。 我们取快进速度 V 快进 =100mm/s，工作进给速度 V 工 =60mm/s 由此算出油缸快进所需最大流量为： Qmax=254.34 10 60=152.604L/min 液压执行元件实际所需流量如下表 3-1所示： nts 15 表 3-1 执行元件实际所需流量 工况 执行元件名称 运 动速度（ m/s） 结构参数（ mm2） 流量10-3m3/s 计算公式 主冲快进 主液压缸 0.1 A1=0.0255 2.55 Q= A1V 主冲慢进 0.04 1.02 主冲退回 0.06 A2=0.01414 0.85 Q= A2V 水平工作台快移出 水平液压缸 0.2 A1=0.00126 0.252 Q= A1V 水平工作台慢移出 水平液压缸 0.1 A1=0.00126 0.126 Q= A1V 工作台快退 0.2 A2=0.000876 0.175 Q= A2V 工作 台慢退 0.1 0.0876 锁紧缸松 锁紧液压缸 0.035 A1=0.005024 0.1758 Q= A1V 锁紧缸紧 0.035 A2=0.003062 0.1072 Q= A2V 各电气元件的选择根据以上规格查表选取，具体选择情况如下 3-2 表： 表 3-2 液压阀明细表 序 号 名 称 实 际 流 量 m3/s 通 用 规 格 22 三位四通电磁换向阀 25.4 10-4 DSHG-03-3C2-1 23 三位四通电磁换向阀 DSHG-03-3C2-1 24 三位四通电磁 换向阀 3.52 10-4 DSHG-01-3C2-1 29 三位四通电磁换向阀 2.5 10-4 DSHG-01-3C2-1 35 三位四通电磁换向阀 25.4 10-4 DSHG-03-3C2-1 31 二位两通电磁换向阀 2.5 10-4 DSHG-01-2C2-1 33 二位两通电磁换向阀 DSHG-01-2C2-1 38 二位两通电磁换向阀 25.5 10-4 DSHG-03-2C2-1 18 二位两通电磁换向阀 25.4 10-4 DSHG-03-2C2-1 nts 16 14 溢流阀 25.4 10-4 FBG-06-250-10 15 溢流阀 FBG-06-250-10 37 调速阀 0.16m/s 0.15 0.20 0.1 0.12 0.05 0.08 根据以上标准我们选取摩擦系数为 =0.2 油压机对内胆进行冲孔加工时由一副模具夹持内胆，模具置于工作台之上。模具可根据不同内胆进行更换装卸，模具分上下模两部分。模具装上工作台到达工位后，上下模分别由六个和四个夹紧气缸固定在油压机工作台板上。随着主油缸升降，上下模实现开模合模。分开时，下工作台可由水平油缸驱动带动下模移进移出，以便装卸工件内胆。冲孔加工时上下模合模，内胆除了由主缸上下运动进行顶冲加工外 ，在内胆的四周也需根据需要进行冲孔加工，此工作由固定在上下模具上的若干侧冲油缸完成。整个油压机上述所有液压执行油缸，均处于同一系统中，共一个液压油源 油压机的油压站。单独设置在油压机主体结构之侧。系统主要控制阀类按要求可部分设置在油压机机架上，靠油管分别与泵站和油缸相连，考虑到上下模具要运动，故侧冲油缸控制阀连接管路要采用软管。 根据我们对油压机工作性质，工作过程的了解，我们初步确定系统的主油泵采用一种恒功率压力补偿式变量柱塞泵，泵的出口压力被反馈到泵的变量机构之上，系统压力上升，泵的输出流量即会减少， 系统压力下降，输出流量增加，实现恒功率输出。正好满足液压机工序要求，冲孔压力机与执行油缸并无其他特殊要求，以及运动行程的要求，需通过计算确定。另外在设计过程中必须考虑过载保护，安全保护连锁、同步等一些要求，这将结合机械电器部分设计共同进行。 nts 18 下面我们就准备开始进行液压系统设计计算。 4.2 液压系统各 工作缸分析 4.2.1 主工作缸 工作过程 主缸活塞快速下行慢速下行接近工件接触工作台压力速度上升冲孔加工结束后工作压力迅速下降到行程端点活塞快速返回。 依据题设，快速下行速度 v=10cm/s,慢 速下行 v=6cm/s,快速返回 v=8cm/s 按设计要求最大冲压力为 40T， 油缸下行时的负载分析： 油缸在系统压力油和油缸运动部件自重共同作用下快速下行，此时要克服的外负载几乎没有，故此时系统工作压力很小，但由于运动速度快，油缸的输入流量大。此时为防止油缸下行失速，在系统回油路上应考虑设置平衡背压装置。 随后为保证进行冲孔加工是运动平衡，我们考虑在油路设置切换装置，在接近工件部件处，油路切换，油缸活塞由快速转为慢速行进，这里我们考虑采用调速阀，目的是考虑到下行速度可调且速度运动平稳。当活塞下行接触到工件时 ，油缸上腔的压力随着负载增大迅速上升，直至克服阻力完成冲孔加工，冲孔完毕阻力负载消失，系统压力又随即下降，回到慢行阶段，直至运动到行程终点。 油缸的返回行程由电磁换向阀切换油路进行通行，油缸下腔通压力油。此时由于油缸运动部件自重的影响，系统压力将会上升，直至活塞开始向上运动。较之快速下行速度，上行是速度要慢一些，但应设计成比工进行程的速度快，以节约运动时间，此时上升行程的回油路不存在背压，这与下行是不相同的。 据此我们可以画出液压工作循环的负载循环图如下图 4-1所示： nts 19 图 4-1 负载循环图 液压缸的运动分析及运动循环图： 按照主油缸的工作循环，我们可以做出油缸的位移循环图如下图 4-2所示 t(s) F(N) 150 50 快进 慢进 返回行程 冲孔加工 工进到行程终点 nts 20 图 4-2 位移循环 S-t图 同样我们可以做出主缸工作活塞的速度循环图如下图 3-3所示： 图 4-3 速度循环 V-t图 S(mm) t(s) 快进 工进 冲压 工进到位 快退 20050V(m/s) 10 6 t(s) 快速返回 快进 工进 冲压过程 nts 21 4.2.2 水平工作缸 工作过程： 快速移出 慢速移出停留（装胆）快速返回慢速返回 水平工作缸推动工作台在导轨上移进移出，前面我们选取摩擦系数为 =0.2。 水平缸承受的最大工作压力是在模具重量下产生，因选用滑动导轨，摩擦系数取 =0.2，故工作台给偶内置时最大负载 Fmax= m=0.2 7000=1400N。 按系统设计要求，快速移出速度 v=20cm/s,慢速移出速度 v=10cm/s,快速返回与慢速返回同样分别为 20cm/s和 10cm/s。 4.2.3 工作台锁紧缸 工作过程： （工作台水平油缸回位）锁紧缸上行（锁住下工作台）冲孔加工锁紧缸下行（松开下工作台）水平工作台移出水平工作台回位。 锁紧缸承受的 最大压力也是模具重量产生， 冲压力为 7000N， 锁紧行程为 70mm，设速度 V=35mm/s.往返速度相同。 4.2.4 侧冲油缸 侧冲工艺是紧接在主冲压工艺后完成的。 工作过程：（主冲压缸回位） 侧冲缸移进侧冲缸回位 。 载荷 7T，行程 50mm，速度 v=50mm/s。往返速度相同。 4.3 主工作油缸的设计： 4.3.1 计 算主工作油缸尺寸图 4-4 主缸计算图 P1A1 P2 A2 Fmax nts 22 计算油缸尺寸是应考虑油缸最大工作负载，即冲压负载。按照设计要求最大冲压力应达到 40吨，另结合系统进油最大工作压力 15Mpa。 如图 3.5示意。 油压机主工作油缸的极限载荷出现在冲压加工过程中。按照设计要求最大冲压力应为 40 吨，即最大负载阻力 FMAX=40T=4 104kg。 假设此时系统工作为150MPa，而进入油缸中的油液已经流通了调速阀，一般情况下最少有 4 5MPa的压力降。为了实现速度调节，压降还可以更大，暂 取为 6MPa,故 P1=150-6=144MPa P2回油背压按常规取为 5 8MPa,也取为 6MPa.即 P2=6MPa.G 为油缸运动部件自重，按机械部分设计参数约为 4000kg,另考虑活塞因摩擦、粘性阻尼造成的损失，机械效率为 m=0.96. 固有（ P1A1-P2A2） m=F-G 为计算油缸有关尺寸，如缸径 d，先考虑 d/D 比值。其选取要考虑系统工作压力，油缸的工作方式（受拉还是受压），也必须考虑油缸往复运动速比。 本主工作油缸液压系统最高工作压力 150MPa,属于中高压，故 d/D 比值也不宜过小，考虑油缸 运动时工进与快退的工作速度，工进是为保证速度平稳，速度较慢，退回（上升）时不工作，速度可适当加快，考虑到工作部件运动惯性，也不宜太快。通常情况下速比 =V 回 /v 进 比值大小与 d/D比值有关。 d/D大，则小 ; d/D小，则大。 综合考虑，根据设计手册推荐意见（规定 d/D=0.5 0.7） .我们暂取 d/D 0.62，此时 =1.62. 于是有 P1 D2/4- P2( D2/4- d2/4)=(F-G)/ m 利用 d=0.62D，代入相关数据可计算出 D=4（ F-G） /( P1-0.6156 P)g m d=0.62D=11.96mm 把油缸尺寸元整化，我们可以取 活塞杆径 d=12cm=120mm 油缸缸径 D=18cm=180mm nts 23 此时油缸面积为 A1=254.5cm2 A2=141.37cm2 4.3.2 绘制主 工作 缸的工况图 即绘出液压缸的压力循环图（ P-t） 流量循环图（ Q-t） 功率循环图（ N-t） P-t 图 通过最后的液压执行元件的结构尺寸，再根据实际载荷的大小，倒求出液压执行 元件在其动作循环各阶段的工作压力，然后把它们绘制（ P-t）图。 图 4-5 压力循环 P-t图 Q-t 图 根据已确定的液压缸有效工作面积，结合其运动速度，算出它在工作循环中每一个阶段的实际流量，把它绘制成（ Q-t）图 P(Pa) 最高压力 t(s) 快 进 工进 返回行程 工进到行程终点 冲孔加工 nts 24 图 4-6 流量循环 Q-t图 N-t图 绘出压力循环图和总流量循环图后，根据 N=P Q,即可 绘出系统的功率循环图，即根据 P-t图与 Q-t图绘制出 Q（ m3/s） t(s) 快进 工进 冲压过程 工进 快速返回 nts 25 图 4-7 功率循环 N-t图 至此，主液压缸的设计完成。 4.4 总的液压系统设计 4.4.1 液压系统设计步骤 a.液压泵的选择 1）确定液压泵的最大工作压力 Pp Pp P1+ P （ Pa） 式中 P1为液压缸最大工作压力 P为从液压缸出口到液压缸入口之间总的管路损失 根据液压缸最大工作载荷时，油缸上腔所需的最大油压力 P1为 （ P1A1-P2A2） m=F-G N（ KW） t(s) 快进 工进 冲孔加工 工进 返回行程 nts 26 P1=(F-G)/ m+ P2A2/ A1=138.42Pa 考虑到油路上的压力损失 P=（ 2 5） Pa，取 3Pa 故 PMAX=141.42Pa 2）确定液压缸的流量 本液压缸系统的工作油缸有多个，主冲压缸、水平工作油缸、工作台夹紧缸及侧冲油缸。其中主冲压缸、侧冲压缸和水平工作缸是不同时工作的，而其中主冲压缸工作所需流量最大，为 Q 主冲压 max=141.42L/min 工作台夹紧缸在工作过程中随不与其它缸同时动作，但它在冲压加工过程一直保持在夹紧状态，故虽 无需再计算泵的输出流量时多加考虑，但在计算油箱容积是必须计入在内。 按照上述分析可知泵的输出流量 Qp KQ 主冲压 max K为系统泄露系数，一般取 k=1.1 1.3,我们取 1.2. Qp 1.2 152=182.4L/min 3） 选择液压泵的规格 根据以上求得的 Pp 和 Qp 值，按系统中拟定的液压泵的形式，从机械设计手册中选择相应规格的液压泵。 表 4-2 液压泵设计参数 型号 排量 ml/r 压力 MPa 转速 r/min XB型 9.5 227 14 21 1500 4000 我们选用斜盘式轴向柱塞泵，转速得满足电机要求。系统总流量为 1521L/min,柱塞泵流量范围为 Qmin=9.5 1500=14.251L/min, Qmax=227 4000=9081L/min 14.25152908,满足设计要求。 nts 27 4）确定液压泵的驱动功率 N=PPQP/ P 10-3KW 式中 PP 液压泵的最大工作压力 Pa QP 液压泵的流量 m3/s P 液压泵的总效率 kw 根据机械设计手册，柱塞泵的总效率为 0.80 0.85。取 =0.8 计算 N=138.42 182.4 0.8 10-3=32Kw 另外考虑夹紧缸的功率损耗约为 1 2kw，再加上泵在压力 PP 的功率损耗约为1 2kw。实际油泵驱动电机功率 N=32+2+2=36kw。根据实际标准 N=40kw，采用J2系列小型鼠笼式电动机 J2-72-2，额定功率 40kw。 表 4-3 电动机设计参数 电动机型号 额定功率 满载转速 额 定转矩 最大转矩 电机总重 kg J2-72-2 40kw 2940r/m 1.1 2.2 220 故柱塞泵和电机转速均为 2940r/min. b.蓄能器的选择 根据蓄能器在液压系统中的功用，确定其类型和主要参数。 设计蓄能器在系统中作为应急能源，其有效工作容积为： V= AiLiK (m3) 式中 AiLi 要求应急动作液压缸总的工作容积 m3 K 油缸损失系数，一般取 K=1.2 V=254.5 0.015 10-4+12.56 1.2 10-4=2.27L 选取型号为 NXQ-2.5，压力 20MPa，容积为 2.5L，通径为 M42 2,重量为 14kg。 c. 管道尺寸的确定 1)管道内径的计算 nts 28 d2=4Q/ V 式中 Q 通过管道内的流量 m3/s V 管内允许的流速 m/s 根据系统工作压力 15MPa，以及实际管道长度，我们考虑管道产生合理的压力损失，再结合管道尺寸及重要的综合因素，我们选取管道的允许流速为5 7m/s,取 7m/s，而系统 的最大流量为 152.604L/min=2.5434 m3/s. 故 d=1.13 10 1.906 10-2 21.5mm 根据标准将其元整为 22mm（采用无缝隙钢管）。 2)管道壁厚的计算 =Pd/2 m 式中 P 管道内最高工作压力 Pa D 管道内径 m 管道材料许用应力 = b/n b =材料抗拉强度 n 安全系数 P17.5MPa 时，取 n=6 根据上述数据计算出 =2.34（ mm） 管道由于上下侧冲油缸运 动还要根据实际运动尺寸选取软管，确定其尺寸。 d)滤油器的选择 选择滤油器是应考虑如下几点： （ 1） 具有足够大的通油能力，压力损失小 ; （ 2） 过滤精度应满足设计要求； （ 3） 滤芯具有足够的强度； （ 4） 滤芯抗腐蚀性好，能在规定温度下长期工作； （ 5） 滤芯的更换、清洗及维护方便。 根据液压系统设计图，滤油器在本系统中有两个安装位置，如图 4-7所示。 nts 29 M图 4-7 滤油器设计图 安装在液压泵的 吸油路上，这种安装方式要求滤油器油较大的通油能力和较小的阻力。阻力一般要求不超过 0.1 105 0.2 105Pa ，因此采用精度较低的网式滤油器。此方式的作用主要是保护液压泵。 网式滤油器属于粗滤油器，一般安装在液压泵吸油路上，以保护泵。它具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等特点。采用型号为 WU 100 180（带堵塞报警的粗过滤，过滤精度为 80）。 安装在回油路上，这种方式间接的保护整个液压系统，由于回油压力低，可用强度较低的滤油器。滤油器并联的单向阀在滤油器堵塞时，起着旁通阀的作用。 采用线隙式滤油器，一般安装在回油路上。这种滤油器阻力小，流通能力大，但不易清洗，采用型号为 XU 100 100（精过滤器，过滤精度为 30）。 以上两者的流通量为 100L/min。 e. 液压油的选择 压力机液压系统属于普通液压系统，我们可以选择 30 号矿物型机械油。这是考虑由于油箱容积较小，系统发热量较大。（回路中引起压力损失的元器件较多），故选用粘度稍高的 30号机械油。代号 HJ 30，运动粘度为 27 33mm2/s。 nts 30 正常运转后油的运动粘度 v=3.0 10-5mm2/s。油的密度为 =900kg/m3。 f.油箱的设计计算 设计油箱时应考虑如下几点： 油箱要有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，而工作时又能保持适当的液位。 吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空 和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的 3倍。回油管口要斜切 45角并面向箱壁，以防回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。 吸油管和回油管之间的距离尽可能远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液 面高度的2/3 3/4. 为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为方便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀 。对于不易开该的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。 油箱底部应距地面 150mm以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。 油箱内表面的防锈处理要给予充分注意。 按经验公式确定油箱容积，待系统确定后，再按散热的要求进校核。 经验公式为 V=a Qv m3 式中 Qv 液压泵每分钟排出压力油的容积（即总额定流量） m3 a 经验系数 中高压系统一般 a=5 7，考虑到为减少油箱尺寸，令油箱配置了冷却装置，故取 a=5，系统额定流量为 182.41/min。 故 V=5 182.4=912 L 根据标准取 920 L nts 31 另外，在确定油箱尺寸时，一方面要满足系统供油的要求，还要保证执行元件全部排油时，油箱不能溢出，以及系统中最大可能充油时，油箱的油位不低于最低限度。 g.冷却器所需面积的计算 冷却面积为： A= （ Phr- Phc） /K tm 其中 K 散热系数，用管式冷却器，取 K=116W/（ m2） tm 平均温升， tm =（ T1+T2） /2-(t1+t2)/2 取进入冷却器的温度 T1=60，油流出冷却器的温度 T2 =50。冷却水入口温度 t1=25，冷却水出口温度 t2=30，则 tm=（ 60+50） /2-（ 25+30） /2=27.5 所需冷却器的散热面积为： A=（ 28.7-3.145） 103/（ 116 27.5） =8.01m2 考虑到冷却器长期使用时，设备腐蚀和油垢、水垢对传热的影响，冷却面积应比计算值大 30%，实际选用冷却器散热面积为： A=8.01 1.3=10.4 m2 油箱设计机械图见附图。 4.4.2 液压系统原理图 a. 冲压主工作缸控制回路 主工作缸工艺过程：快速下行 冲压工艺，工进至行程端点 快速返回。前面我们已经分析计算主轴缸的尺寸选取。采用的是单活塞双作用油缸。液流换向采用三位四通电磁 换向阀（弹簧复位）控制。再考虑到主缸下行有快进 工进速度变换，采用调速阀和二位两通电磁换向阀（常开式）并联控制。快进时，二位两通换向阀处于常开状态，液流在油泵作用下无障碍通过。工进时，二位两通nts 32 电磁换向阀电磁铁接通使换向阀处于常闭，液流通过调速阀减速，达到减速的目的。 回油路中采用一夜控单向阀和一单向节流阀串联组成回油平衡回路。因液控单向阀密封性能好，故锁紧性能好。如不串联单向节流阀，活塞不见下降，液控单向阀可能时开时闭，引起振荡。接入单向节流阀后，可调整活塞部件上行速度，防止产生振荡。 工作行程初设为 200mm，快 150mm，慢 50mm。 如下图 4-8所示： 图 4-8 冲压主工作缸控制回路 1.三位四通电磁换向阀 2.调速阀 3.三位两通电磁换向阀 4.单向节流阀 5.液控单向阀（双路） b. 工作台水平进出控制回路 水平工作油缸工艺过程：快速移出 慢速移出 暂停装胆 快速回位 慢速回位。同样选用单活塞双作用油缸。 液流换向采用三位四通电磁换向阀（弹簧复位）控制。油缸活塞在移出、回位过程中均有速度变换，且均从快速到慢速。我们采用对应相同速率。通过节流阀与二位两通电磁换向阀并联控制。快nts 33 速移出时， 3YA接通，液流流入，接通回路，进油路上二位两通换向阀处于常开状态，液流推动活塞水平移出 ;到位后，电磁铁 11YA接通，位两通电磁换向阀处于常闭，液流通过节流阀，速度减小，实现减速。到位后，弹簧使三位四通换向阀复位，工作台停止运动，装胆后， 4YA接通，改变回路流向，使水平工作油缸回位。节流阀与二位两通电磁换向阀工作情况
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