皮革冲裁机械结构设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
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摘 要冲压裁切机是为了提高工作效率而进行设计的专用机床，该机械主要用于皮革的切削。通过分析皮革下料机的设计要求和设计原理，确定了总体方案，完成了传动零件的选定，设计非标准件和机床总体结构。为实现下料机的预期功能，对其传动系统进行了设计。拟定了传动方案，分配了各级传动比，完成了动力和运动参数设计，以及结构设计，并进行有关的计算和校核等。根据下料机切削皮革的要求，选用曲柄滑块机构来控制工作行程，对曲柄滑块机构的运动进行了分析。所设计的龙门皮革下料机的工作效率高，能够准确的运动,传动平稳可靠，使用安全,易于维修，满足了下料分切干燥要求，工作行程便于调整，能保证所需皮革样式准确的切除。关键词：冲压裁切；总体机构；传动系统AbstractPunch cutting machine is a special machine designed to improve working efficiency, the machine is mainly used for leather cutting.Through the analysis of the design requirements and design principles of leather blanking machine, the overall scheme is determined, the selection of transmission parts is completed, and the non-standard parts and the overall structure of the machine tool are designed. In order to realize the expected function of blanking machine, its transmission system is designed. The transmission scheme is drawn up, the transmission ratio at all levels is allocated, the design of power and motion parameters is completed, the structure is designed, and the relevant calculation and verification are carried out. According to the requirement of cutting leather by the blanking machine, the crank slider mechanism is selected to control the working stroke, and the movement of the crank slider mechanism is analyzed. The designed Longmen leather blanking machine has the advantages of high working efficiency, accurate movement, stable and reliable transmission, safe use and easy maintenance, meets the requirements of cutting and drying the blanking, is convenient to adjust the working stroke, and can ensure the accurate removal of the required leather style.Keywords: stamping cutting; General institutions; Transmission system目录摘 要1关键词：1Abstract2第一章、绪论51.1课题的来源、设计要求51.2课题在国内（外）发展概况及存在的问题51.3国内数控冲裁机产业现况61.4国内数控冲裁机产业展望71.5课题设计的总体思路91.6本设计应解决的主要问题、意义及实用价值91.7主要规范与技术指标10第二章系统总体设计112.1冲裁机的工作原理及特点112.1.1液压系统的工作原理112.1.2液压系统的主要结构形式122.1.3液压系统基本参数122.1.4液压系统的特点132.2液压控制系统的功能和组成132.3液压系统系统设计及分析142.3.1液压系统的液压系统功能需求分析142.3.2液压系统的系统图及系统工作原理分析152.3.3系统控制基本回路17第三章元件选取计算213.1液压缸的尺寸213.1.1工作缸的尺寸213.1.2顶出缸的尺寸223.2计算液压系统工作的流量223.3选择液压泵的规格243.4确定控制阀的尺寸25第四章移动系统设计及计算264.1电机的选择264.2链传动的设计274.3轴的设计294.4联轴器及键的选择314.5轴承的选择32致谢34参考文献35第一章、绪论1.1课题的来源、设计要求在制鞋工艺中，制作运动鞋面用的皮革，由冲裁机通过模具从大块皮革冲出小样，再拼接而成。因此，需要设计出一台皮革冲裁机，具有紧急制动功能，提高制作鞋面效率。设备应能满足冲裁下料要求且结构简单、运转平稳，工作可靠,同时工作行程应便于调整,设备易便于维修1.2课题在国内（外）发展概况及存在的问题改革开放20多年来，随着中国成为皮革工业大国，皮革机械行业也得到了蓬勃发展。皮革机械行业包括制革、制鞋及皮件机械部分，为皮革工业生产提供机械及自动化生产装备。皮革机械的发展，改变了皮革工业从手工作坊的生产方式到机械化、半自动化大规模工业的生产，提高了产品质量，提高了生产效率。近三年，中国制鞋机械年销售额每年都以20%以上的速度增长;去年销售额增长超过30%。随着中国成为世界鞋业加工基地，鞋机企业完成了创业初期的资金和技术积累，今后将会及时根据鞋厂的工艺改进，设计生产新的机器，提高新产品开发能力，创造中国鞋机品牌和具有中国特点的鞋机。中国鞋机的质量已经稳定，鞋机出口将有相当大的发展空间。总的说来，目前中国皮革机械工业已有一定的规模，各厂家生产的产品，在种类、规格、数量、质量等方面都有很大的发展和提高，基本满足了皮革企业的需要，部分皮机已达到或接近国际80年代水平并且出口。近年来，一些军工大企业也介入皮机生产，有力地促进了皮机工业的发展，目前已形成了几个皮机生产制造基地和集团。但是，我们不可否认这样一个事实:皮革制品加工业在中国仍然属于劳动密集型产业，即使是目前多数大中型皮革企业使用的性能高的机器设备依然以“洋机”为主，国产皮机在质量上与国际先进皮机相比还有一定的差距。“皮革机械工业基础差，设计理论不够完善，科研力度仍不够，专业人才匮乏，以引进、仿造为主”，这就是中国现阶段皮革机械工业的真实写照，同时也是中国皮革机械水平低、落后的最根本所在。而实现皮革生产的机械化、自动化是其发展的根本出路。191.3国内数控冲裁机产业现况（一）国内数控冲裁机市场进入快速成长期数控冲裁机作为先进加工设备的代表，已在国外得到普及。进入中国20余年来，由于数控冲裁机长时间处于百万元以上的高昂产品价位以及动辄需要每年超10万元的售后服务费和使用费，使得国内众多下游企业只能“望机兴叹”、“鲜有问津”，数控冲裁机市场发展迟缓。据中国服装协会不完全统计，在国内十余万家服装企业中使用数控冲裁机的企业不足千家，普及率不到1%。但随着国内数控冲裁机生产企业的快速成长和竞争力的不断增强，数控冲裁机产品的价格门槛不断下降、产品性价比不断提升。截至2010年，数控冲裁机在国内市场销售价格已从本世纪初的每台300多万元下降至100万元以内，个别主流品牌，如和鹰科技，因其能实现规模化生产，售价甚至已降低至每台80万元以下，售后服务费用也降至每台5万元以下。与此同时，数控冲裁机生产商推出了24小时电话服务及节假日不间断服务，售后服务水平不断提升。本土生产企业主动下调价格、提升服务，使越来越多的中小型服装企业可以使用数控冲裁机，大大拓展了市场，加速了数控冲裁机这种高端设备的普及。同时，随着性价比的不断提升，越来越多不同行业的企业也开始关注数控冲裁机产品，数控冲裁机的下游产业链呈现明显扩散趋势，由最初的纺织服装行业领域逐渐向产业用纺织品、交通运输领域、特种材料领域等下游行业过渡。在产品价格下降、劳动力成本上升、下游行业发展和应用行业领域扩大等多重因素的推动下，国内数控冲裁机行业发展迅速。根据调查所得，近五年数控冲裁机的价格和销量情况呈现出图一所示的状况从上图可以看出，随着销售价格的下降数控冲裁机的销量不断攀升，当价格下降到每台100万元以下时，市场对于数控冲裁机的需求出现井喷，数控冲裁机的销售量亦呈现巨幅增长。（二）数控冲裁机行业竞争日趋激烈上世纪80年代，以格柏、力克为代表的国外品牌数控裁剪装备陆续进入中国市场。当时国产数控冲裁机产业一片空白，国内市场在相当一段时间内为少数国外品牌所垄断，产品价格非常昂贵，阻碍了作为生产升级装备的数控冲裁机向国内服装、鞋帽等下游行业的普及。为此，国家有关部门将数控冲裁机的研发列入“六五计划”、“863计划”的关联项目中，投入大量人力、物力进行研究开发，但受制于核心技术的缺失以及配套产业的不完善，最终未能取得预期效果。进入二十一世纪，随着国内经济的高速发展和国内装备制造业整体水平的不断提升，和鹰科技对国外企业垄断发起挑战。和鹰科技是目前国内唯一一家具有完整知识产权并实现规模化量产的数控裁剪设备制造商。公司在引进吸收国外技术的基础上结合自主研发创新掌握了数控冲裁机的核心技术，迅速推出国产的数控冲裁机。经过多年的发展，和鹰科技通过技术进步不断改进产品并成功降低生产成本，通过建立发达的售后服务网络和提供便捷的售后服务、充分的易损零部件供应，形成产品和服务方面的双重性价比优势，迅速在激烈竞争的数控冲裁机市场占据了重要地位。1.4国内数控冲裁机产业展望（一）潜在市场容量巨大根据中国缝制机械协会发布的行业“十二五”发展规划，世界范围内非缝纫类缝制设备年总产值约为120亿元，年产销量约为200万台。截至2010年末，国内服装市场数控冲裁机保有量不足1800台，普及率不足1%；自动铺布机保有量在4,000台，普及率不足2%；真皮数控冲裁机的市场保有量在还不足300台，普及率不足目前1%。按照40%的普及率进行保守估算，数控冲裁机在国内服装行业的潜在市场容量规模约为5万台；根据铺布机与数控冲裁机2：1的功效配比进行保守估算，铺布机在国内服装行业的潜在市场容量规模至少为10万台。考虑到数控冲裁机在国内应用领域及范围的不断扩大，数控冲裁机在服装以外行业的潜在市场容量约为11.3万台；此外，真皮数控冲裁机的潜在市场容量也达到2.5万台左右。具体情况如表三所示：（二）未来5年将保持高速增长根据国家经济结构调整和产业升级的战略部署，纺织服装等传统产业也在加快产业结构调整与升级，将大规模推广与采用先进适用的工艺技术与装备，以提高生产与服务环节的自动化、智能化、现代化水平。此外，由于中国经济产业结构变化明显，传统行业的用工荒问题在近年日益突显，劳动力成本上涨趋势明显，服装等传统企业以先进装备替代人工的需求非常迫切。中国纺织工业协会会长杜钰洲在2010年11月20日举行的“中国服装高新技术成果交流推广会”上发表讲话时指出：“中国纺织服装行业将在未来迈入以结构优化、技术先进、清洁安全、附加值高、吸纳就业能力强为支撑点的新型工业化道路，科技进步是中国纺织服装行业建设强国的重要支撑。”纺织工业“十二五”科技进步纲要更是将“推广服装企业自动化、数字化、信息化生产工艺技术，到2015年实现服装CAD普及率达到30%以上，CAM普及率达到15%以上，RFID普及率达到20%”作为推广重点。“十二五”期间，随着下游服装、箱包等行业规模企业的制造信息化、数字化进程的快速推进，预计数控冲裁机的销量将保持年均30%以上的增速，自动铺布机的销量将保持年均20%以上的增速。（三）数控冲裁机进入加速普及期国产和本土化制造的数控冲裁机增多，以及市场需求扩大，促使数控冲裁机产品在我国进入加速普及期。性价比高、售后服务水平好的产品将迅速占领市场并占据主要份额，盲目追求高毛利、不愿提升售后服务水平的生产厂商将会逐步被淘汰。随着普及的深入，数控冲裁机产品也由原先高不可攀的“贵族”设备逐渐成为中小型企业的日常生产装备。考虑到市场规模的不断扩大以及生产厂商合理竞争等因素，预计未来23年数控冲裁机国内市场价格将在保持合理毛利的前提下稳中有降，下降空间在5%10%。作为产业信息化、自动化重要一环，数控冲裁机的迅速普以及产品性能的不断提升、售后服务的不断完善、产品性价比的不断提高，无疑将大幅提升下游行业的生产效率，促进以服装行业为代表的下游行业的产业升级。1.5课题设计的总体思路皮革制品是以动物类的表皮、毛皮为主料，以纺织品、塑料、橡胶等为辅料制作成的产品总称，是深受人们喜爱的生活用品之一，与人类的日常生活息息相关。中国是皮革制品生产大国、消费大国和出口大国，皮革制品加工业是皮革t业相当重要的一部分，也是我国轻工业的支柱产业之一。改革开放以来，国内皮革业依托传统的产业基础，抓住机遇，通过政策引导和积极培育，已经成为中国经济的一大支柱产业，在国际上也产生了一定的影响。但目前国内皮革制品加工企业基本都是靠人工或少量机械设备辅助的方式进行皮革裁剪，这种原始的裁剪方式皮革利用率低、工人劳动强度大、企业用工量大，这在一定程度上加大了企业的生产成本，这些不利因素在很大程度上制约了我国皮革制品在国际市场上的竞争力而在国外工业发达国家，如美国、法国、日本和加拿大等由丁：劳动力价格较高，他们早已普遍采用自动化皮革裁剪系统。但是国外自动化皮革裁剪系统价格普遍比较昂贵、且在国内维护不方便。随着市场经济的不断完善和加入世贸，国内、国际两个市场逐渐向多品种、小批量发展，而集成自动配色分类、样板CAD、智能优化排版、高速数控裁剪、辅助分类f料于一体的皮革制品准柔性制造系统，在这种市场发展趋势下将具有独特的竞争优势，能大大提高皮革制品生产的原材料利用率和生产效率，降低工人劳动强度，并有效地控制和提高产品质鼍，同时，提高皮革制品加工设备自动化、智能化水平，提高了产业层次，且全国拥有众多皮革制品生产企业，麻用前景将十分喜人。本课题首先需要完成总体设计：设计皮革下料机的总体结构，安装尺寸，确定机器的传动方案和工作原理，分配各级传动装置的传动比，同时根据需要的生产量确定机器的工作参数。其次，在完成总体设计的基础上，需要进行传动装置设计：利用链齿结构进行传动，结构简单，传动比准确，高效率，低功耗，平稳运行，具有良好的性能。1.6本设计应解决的主要问题、意义及实用价值解决的主要问题：通过现代CAD技术对传动零件的选定，设计非标准件和机床总体结构。运用AutoCAD绘制机床的总装配图、各个零件的零件图和传动路线图，以指导各零件的加工和机床的设计。运用Pro/E进行该机床零件的三维实体建模，生成三维爆炸视图，指导该机床的生产装配。通过专业知识核实所设计的机床总体结构和各零部件是否合格。皮革下料专用机床的设计制造满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品的精度，增大了设备的适应能力,改善了加工工艺，减少了企业资金的投入。用户还可以针对自己的实际情况做出相应的调整。从生产分析来看，在现代制造业中，单一品种的大量生产占有相当大的比重，若要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中专用机床是最能适应这种生产需要的。1.7主要规范与技术指标最大冲裁压力10吨；冲裁速度30-60次/min冲程调节范围：0-60mm;压板至工作台距离60-130mm;工作寿命为5年，两班制；设计出一张A1皮革冲载机装配图以及设计说明书。第二章系统总体设计2.1冲裁机的工作原理及特点2.1.1液压系统的工作原理液压系统的工作原理如图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，迫使制件3变形，且。，分别为小柱塞1和大柱塞2的工作面积6。图2.1液压系统工作原理图液压系统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液压系统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液压系统的主要结构形式按照结构形式分类，液压系统主要包括单柱液压系统、四柱液压系统、框架液压系统及其他结构的液压系统。液压系统有单动、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液压系统基本参数液压系统的技术参数是根据它的工艺用途和结构特点确定的，它反映了液压系统的工作能力和特点，是设计液压系统的重要依据9。液压系统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系统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。它反映了液压系统的主要工作能力。（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，净空距反映了液压系统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）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系统下横梁装有顶出器。其压力和行程可按工艺要求确定。2.1.4液压系统的特点液压系统与其他机械压力机相比具有以下特点10：一是动力传动为“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；二是液压系统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。由于液压系统具有许多优点，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12：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。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。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。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。图2.3液压控制系统的典型组成2.3液压系统系统设计及分析2.3.1液压系统的液压系统功能需求分析四柱液压系统用途广泛，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。2.3.2液压系统的系统图及系统工作原理分析液压系统的液压控制系统原理图如图2.4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、10-电液换向阀5、7、8-溢流阀6-节流阀9-远程调压阀11、15-电磁换向阀12-液控单向阀13-支承阀14-充液阀16-单向阀17-压力继电器图2.4滑阀式一般用途液压系统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10（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1YA及5YA通电，阀10及阀11换至右位，控制油经电磁换向阀11（右位），打开液控单向阀12，主工作腔下腔油经阀12、阀10（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14向主缸上腔充液，同时泵输出的油也经阀10及单向阀15进入主缸上腔。进油路：泵3阀10右位阀15主缸上腔回油路：主缸下腔阀12阀10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2s，使5YA断电，阀11复位，液控单向阀12关闭，主缸下腔油须经支承阀13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10右位阀15主缸上腔回油路：主缸下腔阀13阀10右位阀4中位油箱（4）保压电磁铁6YA通电，阀15接通油箱；1YA断电，利用单向阀15及充液阀14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16发出讯号，使电磁铁1YA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16又发讯号，使1YA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6YA断，2YA通电，阀10换至左位，压力油经阀10（左位）使充液阀14开启，主缸上腔油经阀14排回油箱，压力油经阀12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10左位阀12主缸下腔回油路：主缸上腔阀14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3YA通电，阀4换至左位，压力油经阀10（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3YA断电。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3YA通电，阀4换至左位，顶出缸活塞上行，顶出。进油路：泵3阀10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4YA通电，阀4换至右位，则顶出缸活塞下行，退回。进油路：泵3阀10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10处于中位，液压泵3输出的油经阀10（中位）及阀4（中位）排回油箱，泵卸荷。液控单向阀12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14。表2.1为电磁铁动作顺序表。表2.1液压系统电磁铁动作顺序表（滑阀式）液压缸动作名称1YA2YA3YA4YA5YA6YA工作缸快速下行慢速下行保压快速回程顶出缸顶出退回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2.5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2.5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2.6所示。图2.6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16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泵与定量执行元件、变量泵与变量液压马达以及定量泵与变量液压马达等几种组合形式。其主要优点是：没有溢流损失和截留损失，因而效率高，发热少。但变量泵或变量液压马达的结构较定量泵或定量液压马达复杂，因此容积调速回路的成本较节流调速回路的成本稍高。如图2.7所示为变量泵-缸容积调速回路，回路中液压缸的活塞速度靠变量泵的排量来调节。图2.7变量泵-缸调速回路（b）快速运动回路快速运动回路是在不增加液压泵流量的情况下，加快执行元件的空载运行速度，以提高系统的工作效率和充分利用功率。本系统中利用上滑块自重加速、充液阀14补油的快速运动回路，功率利用合理。（c）速度换接回路速度换接回路的功能是使执行元件在一个工作循环中，从一个运动速度变换到另一种运动速度。常用的回路有用行程阀的快慢速换接回路、用两种调速阀的速度换接回路和二次进给回路等。（3）方向控制回路方向控制基本回路是控制执行元件的运动方向的回路。通常情况下采用二位或三位换向阀可使执行元件换向。三位换向阀除了使执行元件正反两个方向运动外，不同的中位滑阀机能还可以使系统获得不同的性能。本系统中主缸由中位机能为M型的电液换向阀10实现换位；下缸的换向阀是中位机能为K型的电液换向阀4。第三章元件选取计算四柱式液压系统的液压系统方案初步确定后，要进行必要计算，以最后确定液压系统各部分的尺寸，其中主要包括油缸尺寸和液压泵规格的确定和各个阀的选型，为下面的系统建模与仿真分析做好准备。3.1液压缸的尺寸3.1.1工作缸的尺寸（1）根据液压缸的作用力和液体的工作压力先计算工作缸的作用面积。工作缸工作腔的作用面积：式中工作缸的工作力，液体的工作压力，（2）计算活塞和活塞杆的直径。活塞直径：设工作缸回程力工作缸活塞杆腔的作用面积：则活塞杆的直径：根据GB/T2348-1993液压缸缸内径和活塞杆直径系列取，则活塞腔、活塞杆腔实际面积：3.1.2顶出缸的尺寸（1）顶出缸工作腔的作用面积：式中顶出缸的工作压力，（2）计算活塞和活塞杆的直径。活塞直径：设工作缸回程力工作缸活塞杆腔的作用面积：则活塞杆的直径：根据GB/T2348-1993液压缸缸内径和活塞杆直径系列取，则活塞腔、活塞杆腔实际面积：3.2计算液压系统工作的流量按液压缸的作用面积和液压缸的运动速度计算液压系统工作时的流量。在冲压机械中，滑块的运动在一次工作循环内一般分成几个不同阶段：快速下行行程、工作行程和快速回程。由于它们的运动速度不同，所以各阶段的流量也不相同。快速下行行程：工作缸工作腔工作缸回程腔慢速下行：工作缸工作腔工作缸回程腔工作行程：工作缸工作腔工作缸回程腔快速回程工作缸工作腔工作缸回程腔式中快速下行速度，慢速下行速度，工作行程速度，快速回程的速度，主要用来决定变量泵的最大流量或低压大流量增速泵的流量，以及计算充液系统的尺寸。主要用来确定回程腔回路的尺寸和验算快速下行行程的速度。主要用来决定高压泵的流量。主要用来确定工作腔排油卸荷阀的尺寸或工作腔回路的尺寸，和验算快速回程的速度。值也可用来确定变量泵的最大流量。顶出回路顶出行程及退回行程速度相同，即此两次行程系统流量相同：顶缸工作腔顶缸回程腔、主要用来确定顶出缸工作时变量泵应输出的流量。3.3选择液压泵的规格首先确定液压泵的最大工作压力和最大的流量，据此便可以参照泵的产品样本来选取规格大小相当的液压泵。液压泵的工作压力与液压缸的工作压力并不完全相同，当滑块运动时，由于液体流经管道和元件时产生压力损失，所以液压泵的工作压力较油缸的工作压力为高。但当油缸到达行程终点不动时，由于没有液体的流动，这时这两个工作压力又相等。因此对于大多数仅在工作行程最后才需要最大压力的工艺来讲，例如压制、成形、校准等工作，液压泵的最大工作压力可取等于油缸的最大工作压力，。式中，为液压泵的最大工作压力；为液压缸的最大工作压力。液压泵的最大流量应略大于液压缸需要的最大流量，考虑到系统的泄露和液压泵磨损后容积效率的下降，可取：式中液压泵的最大流量液压缸对液压泵要求的最大流量，由于快速下行时液压缸有充液系统补油，因此取查液压系统设计元器件选型手册P129表1.77，选取250YCY14-1B型压力补偿变量柱塞泵，技术规格为：压力：最高排量：最大最高转速：驱动功率：3.4确定控制阀的尺寸控制阀的尺寸按照它所通过的最大流量和最大工作压力来选取，它们应与产品样本上表明的阀的公称压力和公称流量相近。必要时，最大流量允许超过公称流量，但是不宜过大。因为阀内流速太高时，除引起压力损失和发热增加，以及噪音加大外，还可能会影响某些阀的工作性能，例如换向阀的操作力将增加，反之，如流量过小则阀的外形和重量增大，液压系统的结构不紧凑，成本高。根据计算结果，一些主要阀元件的型号初步选择如下：三位四通电液换向阀4：4WF16F50/AG24溢流阀5:DG-02-B-22节流阀6:MG10G1.2溢流阀7:DBDA10G10/31.5先导溢流阀8：BG-10-32远程调压阀9：DG-01-22四位三通电液换向阀10：4WEH16G50/AG24二位三通电磁换向阀11：4WE6D60/AG24Z4液控单向阀12：CPT-10-50-50支撑阀13：FBF3D10B电磁换向阀15：3WE10A30/AG24Z4单向阀16：S20A00第四章移动系统设计及计算4.1电机的选择初设承载总质量M=2000kg，横移速度V=0.15m/s，由机械设计手册查得摩擦因子=0.2，则带动横移轴转动所需功率：由机械设计手册知电动机输出功率：式中工作机所需功率减速机与工作机之间的总效率链传动总效率：式中：链传动效率，查得=0.96滚动轴承效率，查得=0.99，两对，代入数据得：。则电动机的输出功率为：=0.594kw由于横移的速度较慢，要求横移电机的转速较低，为使结构紧凑，本设计根据输出功率选择由台湾明椿电机厂生产的交流减速电动机，型号为MLPK40075803，额定电压220V，功率P=0.75w，速比30，输出转速n=18r/min。其外形图与升降电动机相同，见图4.1。电机的主要安装和外形尺寸如下表：表4.1电机外形尺寸(mm)ADEFGHLJK36590140175120111523.4265MXYZPQTW16517511612545403174.2链传动的设计初选横移轮直径D=160mm，则车轮的转速应为由于电机转速和车轮转速几乎相同，故传动比为1。1.初选链轮齿数由机械设计表6-6查得，则从动链轮齿数2.确定计算功率由于载荷比较平稳，由机械设计查表6-3得工况系数=1.0，因此=0.75kw3.初定中心距，确定链条链节数Lp初定中心距,则链节数取Lp=42。4.计算单排链所能传递的功率及链节距P由机械设计表6-5查得小链轮齿数系数Kz=1.0,选择单排链，由机械设计表6-4查得多排链系数Kp=1.0由机械设计图6.14查得长度系数=0.98故所需传递的功率为根据额定功率和转速查机械设计图6.13选择滚子链的型号为12A，由表6-1查得链节距P=19.05mm链标记为：12A62GB/T1243-19975.确定链实际长度L及中心距L=LpP/1000=4219.05/1000=0.8mm6.计算链速7.计算作用在轴上的压轴力Q圆周力F=1000/V=（10000.75）/0.11=6818N按平均布置查机械设计取压轴力系数有8.按静强度校核链条由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。由参考文献5知，链条静强度计算式：（2-10）式中：静强度安全系数；工况系数，查表12-2-3取；链条极限拉伸载荷，=31.1kN；有效圆周力，；离心力引起的力，其中为链条质量，可由机械设计手册表12-2-9查得：q=1.50kg/m；时，可以忽略。悬垂力，其中为系数，由机械设计手册查图12-2-3得：，为中心距，为两轮中心线对水平面的倾角，则；许用安全系数，。代入数据得：，符合强度要求。9.润滑方式的选择根据链速v=0.11m/s和链节距P=19.05mm，按图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。10.链轮的结构设计链轮的结构选为整体式，材料为45钢，热处理为淬火、回火，齿面硬度4050HRC。由机械设计手册表14.2-19查得主要结构尺寸如图4.1：图4.1链4.3轴的设计横移传动轴A是一层车库横移电机动力通过链轮输入的一段，它的结构如下图：图4.2横移轴A1.估算轴的基本直径选用45钢，调质处理，由机械设计表9-1查得=640MPa。查表9-3，取C=110，由式（9-2）得。所求为轴的最细处，即装联轴器处。但因此处有个键槽，故轴颈应增大5%，即，则。为了使所选的直径与联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器。由机械设计手册查得采用刚性联轴器，取与轴配合的的半联轴器孔径28mm，故轴颈28mm，与轴配合长度44mm。2.轴的结构设计（1）初定各段直径，见下表：表4.2横移轴各段直径位置轴颈/mm说明装链轮轴1-2=28与链轮的内孔配合，故取28mm自由段2-3=32链轮的右端用轴肩定位，故取32mm装车轮轴3-4=45与车轮的内孔配合，并便于拆装，故取45mm轴环段4-5=50考虑车轮的轴向定位，故取50mm自由段5-6=34考虑轴承的轴向定位，故取34mm装轴承段6-7=32由轴承的内孔决定。初选深沟球轴承，型号为6232，其内孔尺寸d=32，故取32mm自由段7-8=30考虑联轴器左端的轴向定位，故取30mm装联轴器8-9=28与联轴器的内孔径相适应，故取28mm（2）确定各段长度，见下表：表4.3横移轴各段长度位置轴段长度/mm说明装链轴段1-2=38该段的长度由链轮轮毂宽度决定，故取38mm自由2-3=52考虑轴上零件安装的位置，取52mm装车轮轴3-4=78该段长度由车轮轮毂的宽度决定，故取78mm轴环段4-5=10考虑到车轮的定位，一般为轴肩高度的1.4倍，取10mm自由段5-6=46考虑到轴承的安装位置，取46mm装轴承段6-7=17该段长度由轴承的宽度决定，该轴承为深沟球轴承，代号为6332，宽17mm，故取17mm自由段7-8=22考虑联轴器的安装位置，取22mm装联轴器段8-9=41因半联轴器与轴配合部分的长度为44mm，为保证轴的端面不接触，取该段长度略短于与联轴器配合长度，故取41mm3.轴上零件的周向固定链轮，车轮和半联轴器的周向定位均采用平键连接，按由机械设计手册查得平键尺寸（GB/T1096-2003），键槽采用键槽铣刀加工，长为25mm。为保证链轮与轴的周向固定，故选择链轮轮毂与轴的配合代号为H7/r6；同样，车轮轮毂与轴连接处，选用平键为车轮与轴的配合代号为H7/k6；半联轴器与轴连接和链轮，选用平键为，半联轴器与轴的配合代号为H7/k6；滚动轴承与轴的周向定位靠过盈配合来保证，此处选H7/r6。4.考虑轴的结构工艺性考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R值为2.5，轴端倒角c=2mm；为便于加工，链轮和半联轴器处的键槽布置在同一轴面上。4.4联轴器及键的选择1.联轴器的选择由前可知与联轴器配合处直径为28mm，查机械设计
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