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jx268
冲孔
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fy
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【JX268】冲孔压力机设计[FY],jx268,冲孔,压力机,设计,fy
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1 附录： 在压力测试中 分析液压负荷传感系统和 阮健，王清峰， R. P. 要： 由于对准确性和稳定性 的极高要求 ， 液压材料 测试系统通常是使用负荷传感技术和控制阀所建 立 的的非常严格的非线性特性。所谓 ， 是 一个专门设计的阀， 是为了描述 输入信号和输出的压力 间非线性特征 。构建阀 真空管端口 调查得到 的线性压力 特性 的方法是构建阀 真空管端口 。作为例子 ，对 应用在压缩机的水泥样本的化验 并对其性能进行了讨论 。根据中国（也 称 的标准，水泥试验 中 ，电 动 液 压 负荷率 的 加载子 系统应在 s，并且 错误少 于 7 及误差率为常数 ， 力控制应保持某个范围内的 。与应用液压负荷传感和 项特殊错误分别限制在 2%和 ，机器的稳定性也得到了提高。 关键词：液压负荷传感，压力阀，力控制，非 线性 系统， 压力 测试 在大部分的液压伺服控制等方面的应用， 油泵供应源源不断的 压力，是通过使用一个固定的泵。由于流速到终端液压 执行机构 ，液压缸或液压马达， 由于不同的运动改变可负荷 ，油 液 溢出 造成或多或少的功率损耗 。通过 调剂 维持该系统的 压力水平。在 液压 负 荷控制了材料的测试系统，伺服或 平衡 阀是建 立 闭环控制常用的，以对试验样品 施加压力 。有非常高的精度要求的材料测试系统就都加载力和力率。以液压水泥 压力 作为一个例子，负荷率的电 动 液 压 牛 /秒 ， 误差小于 5 ， 误差率为常数 ， 力控制应保持某个范围内 ，根据该 87 （也 称 的标准水泥的 实验 。此外，该系统的特点应该是稳定和持久。基于这个原因，液压负荷传感控制，介绍了在材料测试系统。在负荷传感控制的压力比所需要的负荷只是略大 一点 ，因此，由节流造成的能源损失大大减少。因此 ，有限的温度和材料的测试性能系统是 相同的 。在液压负荷传感系统的压力，调整流速进入液压缸和可取的做法是保持阀输入信号和输出的压力 的 线性关系。要达到这个目标，特别是 特殊阀口的 发展。在这方面的文件， 2 设计阀口为调查线性输出的压力并应用在材料测试系统的讨论。 的 负荷传感 材料试验机，主要是三个子系统组成的， 液压 负荷子系统，数据采集子系统和数据处理和输出子系统。在这里，应用在 液压 负荷子系统的压缩机是作为一个例子。配置加载子系统的压缩机器显示在图 3 。 液压 负荷子系统组成一个液压控制回路，加载缸及其支持 框架。中央控制元件的电路是控制阀。此控制阀连同数字阀控制器，压力传感器和控制程序 ， 计算机形成一个封闭的压力，控制子系统。由于气缸中使用的电路是专门加工摆脱摩擦力，控制压力，就等于控制负荷。阀三是旁通阀和阀的 开口 是由压差数字阀。通过排水系统的旁通阀，压力降数字阀保持恒定，在旁通阀。该数字阀和旁通阀，使控制电路 1 负荷传感一和的压力泵不同的负荷压力（力量） 。该电路是节能，更重要的是，温度的升高是有限的，这是真正有利于长期稳定的服务时间的机器。阀 2 是一个救济的安全电路 ，通常是封闭 的 。 液压 负荷子系统的关键是控制加载 速率和稳定的整机。 图 1 材料测试系统 的 液压负荷传感 3 图 等效电路的电阻桥 似阀 端 口的线性压力输出 作为被提及，现在有必要找到一个几何为孔口将近似曲线在图 满足方程。但是，如果某一孔板轮廓，可以发现，这将完全满足方程，它可能会是很 复杂 的机器。理论上，是有可能使用多个组合线路，以近似的形状计量口显示在图 更线 性 ，更好地逼近，但程度越高，加工的复杂性 越高 。经过一番研究，决定从实际的角度来看，两条线段将是适当的。从图 ，可以看出，这个确切的形状，开放面积小的 函数值 迅速增加 ，但其梯度跌幅范围内的 10 40 的阀芯的充分 换位 。 两条线段与适当的斜 度 选择近似梯度形状。此外，它得出的结论是相交的这两个线段应发生在该地区的 10 40 的阀芯的充分 换位 。 现在，线段的 斜度 必须选择。在这一点所选择的 交叉 口，压力 值 ，应在于对理想的线性压力曲线。因此，该地区所界定的第一部分必须等于领域的确切曲线。从这个条件下，边坡的第一部分可以轻易计算出来的。同样地，自下的面积，第二曲线，还必须以平等的范围内准确 绘出 ，理论上 可由 边坡第二线段可以得到。然后，输出的压力将遵循个人资料，这是最接近理想 的非线性行为。 为不同的连接点，输出的压力表现在数字 4 。可以看出，如果所在 位置 的压力最有可能被控制，是众所周知的，那么，明智的选择，连接点的两个部分可能会 显著 改善的线性压力，超过该 位置。 前几节中，已考虑了理论设计的线段，这将导致在一个近似线性规划的特点。这也是验证理论使用 的 必要的实验数据。在实验中压力传感器是用来衡量输出的压力阀和位移传感器是用于轴向的议案后台打印。第二个压力传感器的措施，进 4 气压力的阀是用来设置最大的压力，该系统通过一个安全阀（溢流阀） 。所有实验 的 结果发现，波动压力降计 量孔板（用于流量控制）小于 3 。因此，假设，即 弹性 力和库仑 力 相比摩擦力微不足道， 弹性力的 预紧旁路被认为是有效的。角位移的步进电机使用一台个人电脑控制。该从传感器扩增，并记录使用数字存储示波器。一小口座已整合到港口的负荷模拟泄漏在动。通过控制阀的阀芯移动为一周期，该 以得到输入和输出的压力 。 4. 结论 由于极高的精度要求在液压控制闭环控制的测试新闻， 与线性输入输出特性的建议。液压桥用于线性压力控制是取得使用串联电阻之间的连接计量孔板和流失，孔口。线性输出的压力，不过，是高度依赖于轮廓阀 港口。理论分析表明，该轮廓阀港口，创造一个真正的线性压力比十五的特点是相当复杂，因此将是非常昂贵的制造。一逼近理想阀港口轮廓可以创造出用两条线段为阀的港口。该 已成功地应用于测试新闻，以改善控制精度的新闻。根据中国（也的标准，水泥试验，负荷率的电液加载子系统应在 牛 / s 的一个错误少于 7 及误差率为常数力控制应保持某个范围内 。与应用的阶段，控制这两个指定的错误 分别限制在 2 和 ，许多其他技术性能也增强。 5 R. P. of on is by A -Q is in to of is to of -Q An in a is as an to of be N/s an % be a of -Q % of is 1. In of an of is by a to or of a or by 1a of In of a a or a is to a to on on to as an of be N/s an % 6 be a to of be a is in In is by by is is of is In is by it is to a To a is In of is in is 2. N A is of a in of is as an of of is 3. of a of is of a in is to of to is to of is a is by of is is on of in a of is is is of is a of is 7 of in 2 of s it is to a 5 2). if a be 2), it be to it is to of to of 3. of it a 8 of be 3, it be at of 040% of s to it of in 040% of s of be At of of on be to of of be be to by of be a is to is . It be if is to be is a of of of 3. of in an pL vs It is to In is to of a is of 3. A of is to of a In it of %. to of 9 of a a A to in By to of -Q be 5. It is of 4. to in of a is is a a a of is on of A of a x v is be to An to be -Q in to of to of be .4 kN/s an % be a of % 目录 摘要 3 4 文献综述 5 第 1 章 绪论 6 液压技术与液压机的发展现状和趋势 6 冲孔压力机整体设计概述 7 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 相关内容介绍 11 确定三部分相关内容 11 第 4 章 液压系统设计 16 设计概述 16 液压系统各工作缸分析 18 主工作 缸 18 水平工作缸 21 工作台锁紧缸 21 侧冲油缸 21 主工作油缸的设计 21 计算主工作油缸尺寸 21 绘制主工作缸工况图 23 总的液压系统设计 25 液压系统设计步骤 25 液压系统原理图 31 第 5 章 气压系统的设计 43 气压系统设计步骤 43 气压系统原理图 46 第 6 章 归纳总结 49 设计工作总结 49 认识与展望 49 参考文献 52 致谢 53 附录： 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 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 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 on LC so on,on in in in in by LC to to 1 目录 摘要 3 4 文献综述 5 第 1章 绪论 6 液压技术与液压机的发展现状和趋势 6 冲孔压力机整体设计概述 7 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 相关内容介绍 11 确定三部分相关内容 11 第 4章 液压系统设计 16 设计概述 16 液压系统各工作缸分析 18 主工作 缸 18 水平工作缸 21 工作台锁紧缸 21 侧冲油缸 21 主工作油缸的设计 21 计算主工作油缸尺寸 21 绘制主工作缸工况图 23 总的液压系统设计 25 液压系统设计步骤 25 液压系统原理图 31 第 5章 气压系统的设计 43 气压系统设计步骤 43 气压系统原理图 46 第 6章 归纳总结 49 2 设计工作总结 49 认识与展望 49 参考文献 52 致谢 53 摘要 3 本文进行了冲孔压力机的机械结构、液压系统、气压系统及 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 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 4 on LC so on,on in in in in by LC to to 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 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。 6 第一章 绪论 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 （ 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 7 压力已达 750于金属模锻成型加工）众多机型采用 工业 进行控制，使产品的加工质量和生产效率有了极大的提高。 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 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。 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15 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。 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， 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。 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 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 文重点设计了冲孔压力机的液压、气压系统部分。主要包括： 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。 承载不大，简单设计系统参数、设计系统回路、挑选系统元件。 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。 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。 10 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 70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。 11 第 3 章 机械、液压（气动）与电气控制 间的相互制约与影响 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 ： 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。 而使机械部分的设计为其预留相关的安装位置。 平油缸、锁紧油缸也需提供相关参数。 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。 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。 计算主缸工作油缸尺寸 图 主缸计算示意图 2 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 15 如图 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 0T=4 104N。 假设此时系统工作为 150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 5压力降。为了实现速度调节，压降还可以更大，暂取为 6 5044 8取为 2=机械部分设计参数约为 4000考虑活塞因摩擦、粘性阻尼造成的损失，机械效率为 m=固有（ m=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/D 大，则小 ; d/大。 综合考虑，根据设计手册推荐意见（规定 d/D=d/D 时 =于是有 - - )=( m 利用 d=入相关数据可计算出 D=4（ ( )g m d=油缸尺寸元整化，我们可以取 活塞杆径 d=1220缸缸径 D=188013 此时油缸面积为 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 =工作台工作时最大负载 F m=7000=1400N,进油路压力 回油路压力 别为 44 有 - - )=F/ m 暂取 1=时 =V 回 /v 进 =（ V 回 =200mm/s,v 进 =100mm/s） 计算得 标准元整为 0mm 2时面积为 12= 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 103N 锁紧行程为 70速度 V=35mm/ 2计算过程如上，求得 cm 标准元整为 0mm 0时面积为 2=14 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 50度V=50mm/s。 设往返速度相同，取 得： cm 标准元整为 0mm 0时面积为 2=定液压系统元件的规格和型号，为电气控制部分提供依据。 计算主缸运动所需最大流量： 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 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： 10 60=压执行元件实际所需流量如下表 3 15 表 3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（ 流量10s 计算公式 主冲快进 主液压缸 1= 冲慢进 冲退回 2= 平工作台快移出 水平液压缸 1= 平工作台慢移出 水平液压缸 1= 作台快退 2= 作台慢退 紧缸松 锁紧液 压缸 1= 紧缸紧 2= 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： 表 3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 103 三位四通电磁换向阀 4 三位四通电磁换向阀 109 三位四通电磁换向阀 105 三位四通电磁换向阀 101 二位两通电磁换向阀 103 二位两通电磁换向阀 8 二位两通电磁换向阀 108 二位两通电磁换向阀 1016 14 溢流阀 105 溢流阀 7 调速阀 s 据以上标准我们选取摩擦系 数为 =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。 18 下面我们就准备开始进行液压系统设计计算。 液压系统各工作缸分析 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 19 图 4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 4t(s) F(N) 150 50 快进 慢进 返回行程 冲孔加工 工进到行程终点 20 图 4 位移循环 同样我们可以做出主缸工作活塞的速度循环图如下图 3 图 4 速度循环 S(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 21 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 =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 =工作台给偶内置时最大负载 m=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/0cm/s。 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 70速度 V=35mm/ 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 50速度 v=50mm/s。往返速度相同。 主工作油缸的设计： 计算主工作油缸尺寸图 4缸计算图 2 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 15 如图 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 0T=4 104假设此时系统工作为150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 5了实现速度调节，压降还可以更大，暂取为 6 50442回油背压按常规取为 5 8取为 2=油缸运动部件自重，按 机械部分设计参数约为 4000考虑活塞因摩擦、粘性阻尼造成的损失，机械效率为 m=固有（ m=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 150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/小 ; d/大。 综合考虑，根据设计手册推荐意见（规定 d/D=d/D 时 =于是有 - - )=( m 利用 d=入相关数据可计算出 D=4（ ( )g m d=油缸尺寸元整化，我们可以取 活塞杆径 d=1220缸缸径 D=188023 此时油 缸面积为 2= 绘制主工作缸的工况图 即绘出液压缸的压力循环图（ 流量循环图（ 功率循环图（ 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（ 。 图 4力循环 P(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 24 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（ 图 4流量循环 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 Q（ m3/s） t(s) 快进 工进 冲压过程 工进 快速 返回 25 图 4功率循环 至此，主液压缸的设计完成。 总的液压系统设计 压系统设计步骤 1）确定液压泵的最大工作压力 p P （ 式中 根据液压缸最大工作载荷时，油缸上腔所需的最大油压力 （ m=（ t(s) 快进 工进 冲孔加工 工进 返回行程 26 ( m+ 虑到油路上的压力损失 P=（ 2 5） 3 ）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 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 冲压 为系统泄露系数，一般取 k=们取 152=） 选择液压泵的规格 根据以上求得的 ，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液压泵设计参数 型号 排量 ml/r 压力 速 r/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/塞泵流量范围为 1500=27 4000=9081L/52908,满足设计要求。 27 4）确定液压泵的驱动功率 N= P 10中 液压泵的最大工作压力 P 液压泵的流量 m3/ 液压泵的总效率 据机械设计手册，柱塞泵的总效率为 =算 N=102另外考虑夹紧缸的功率损耗约为 1 2加上泵在压力 功率损耗约为1 2际油泵驱动电机功率 N=32+2+2=36据实际标准 N=40用2定功率 40 表 4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 20940r/m 20 故柱塞泵和电机转速均为 2940r/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= (式中 要求应急动作液压缸总的工作容积 油缸损失系数，一般取 K= V=1010取型号为 力 20积为 径为 2,重量为 14 c. 管道尺寸的确定 1)管道内径的计算 28 Q/ 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 15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 m3/s. 故 d=10 10据标准将其元整为 22用无缝隙钢管）。 2)管道壁厚的计算 = m 式中 P 管道内最高工作压力 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 P，取 n=6 根据上述数据计算出 = 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 29 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 105 105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 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 100 100（精过滤器，过滤精度为 30）。 以上两 者的流通量为 100L/ 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 30，运动粘度为 27 33s。 30 正常运转后油的运动粘度 v=10s。油的密度为 =900kg/ 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 150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 中 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 故 V=5 12 L 根据标准取 920 L 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。 冷却面积为： A= （ 散热系数，用管式冷却器，取 K=116W/（ 平均温升， （ 2） /2-(t1+2 取进入冷却器的温度 0，油流出冷却器的温度 50。冷却水入口温度 5，冷却水出口温度 0，则 60+50） /2-（ 25+30） /2= 所需冷却器的散热面积为： A=（ 103/（ 116 = 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=0.4 油箱设计机械图见附图。 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 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 200 150 50 如下图 4 图 4 冲压 主工作缸
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