1000吨快锻机主传动液压系统毕业设计

长春工程学院毕业设计(论文)PAGEPAGE52第1章绪论1．1液压机的基本结构液压机本体一般由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置组成。在液压机本体结构设计中，应尽可能地满足工艺要求以便于操作；具有合理的强度、刚度及运动部分的导向精度，使用可靠不易损坏，具有很好的经济性，重量轻，制造，修理方便。其中工艺要求是最重要的影响因素。由于液压机上进行的工艺是多种多样的，因此，液压机的本体结构也是多种多样的。其典型结构主要有以下几种：梁柱组合式最常见的是三梁四柱式。上下横梁与立柱组成一个刚性的封闭框价，以承受液压机的全部工作载荷。它由分为四柱双柱和多助一般小型液压机可用双柱，结构比较简单，操作方便，但液压机稳定性较差。下拉式锻造液压机中多采用双柱式。本设计中采用双柱下拉式。单臂式其结构比较简单，工作面大，可以从三个方向接近，操作方便，适用于厚板的弯曲、卷边、冲压等，但刚性较差，一般做成空心箱形结构以提高其抗弯刚度并减轻重量。框架式分组合式框架和整体式框架两大类。组合式框架由上横梁，下横梁及两个立柱用拉紧螺栓紧固而成。整体式框架则是将上横梁，下横梁及两侧立柱铸造或焊接成一个整体，其截也可以做成“门”字形，以便在两侧空间电气控制元件和液压元件。1．2液压机泵直接传动工作原理及其特点1.2.1工作原理泵直接传动是由泵将高压液体直接供给液压机的工作缸及其他辅助装置，其最简单的液压系统如图1－1所示。它通过两个手动三位四通阀滑阀来实现各种行程。1、2、6—溢流阀3、5—手动滑阀4—单向阀7、8—液控单向阀9—充液阀10—充液罐11—工作缸12—顶出器活塞缸图1—1活塞式液压缸充液行程滑阀5处于“右位”，滑阀3处于“右位”。工作缸11的下腔通过开启的液控单向阀7及阀5通油箱，活动横梁从上停止位置靠自重下降，油泵输出的低压油液通入11的上腔，充添活塞下行中空出的容腔，不足的油液由10补入，知道上接触工件为止。工作行程当上接触工件后，阻力增大，油泵出口压力11随之增高，高压油液进入11活塞下行，对工件进行压力加工。充液阀自动关闭，工业缸11的下腔油液继续排回油箱。回程阀5处于直通“回程”位置，泵将高压油液输入11的下腔，同时，打开液控单向阀8使工作腔11的上腔卸压，然后打开充液罐9，活塞带动活动横梁上行，上腔的油排入充液罐。停止滑阀5及3均放在停止位置。油泵通过阀3卸荷，11下腔的油液被液控单向阀7闭于一个缸内，支持活塞及运动部分停于任意所需的位置，完成一个工作循环。1.2.2基本特点在本系统中，选用泵直接传动作为动力装置的形式是由于它具有如下特点：（1）液压机活动横梁的行程速度取决于泵的供液量，而与工艺过程中锻件变形阻力无关。理论性行程速度v为：式中：q泵的供液量∑A液压机主缸柱塞的总工作面积由于q一定，则液压机的工作速度不变，易于实现恒速，适用于要求恒速的液压机。（2）高压泵所消耗的功率（压力×流量）相当于液压机作功的功率（速度×力）。亦即泵的供液压力和消耗的功率取决于加工工件的变形阻力。工件变形阻力大，供液压力与消耗功率亦大，反之则小。（3）由于在工作行程中动梁速度恒定，而且供液压力与工件变形阻力存在相适应的变化规律，故可利用该恒定的速度及变化的压力作为操纵系统分配器的信号，实现自动控制。（4）其优点是：基本投资省，占地面极大，日常维护和保养简单；平均功率消耗低，在最大压力下可获得最大速度，效率高。由于采用泵直接传动，选用定量泵时，电机安装功率必须安液压机最大功率即最大工作压力和最大工作速度确定，因此，为充分利用电动机功率。在本系统中采用流量相同地多台主泵供油。主泵选用轴向柱塞泵，共五台，其中一台为备用。与此相比，泵蓄势器传动由于能量的消耗与液压机形成大小成正比。而与工件变形阻力有关，因而效率低；液压机的工作行程速度取决于工件变形阻力，阻力大速度慢，阻力小速度大，其可由白努利方程近似求得。上式中Pa和P分别为蓄电器中和工作缸中的液体压力：ξ为液压泵系统种的总当量阻力损失系数，其值由具体液压系统的结构决定；ρ为密度。锻造液压机的数据和图进行分析比较。由表中数据可以看出泵直接传动的液压机通常可提供较高的空程向下和工作过程（压下）速度，并且锻造前的停歇时间较短，但该传动系统的液压机在锻造终了和卸载过程停歇时间较长。表1－1两种传动方式的比较项目泵直接传动泵的出口压力随液压机的负荷变化而变化以15000KN锻造液压机指标比较基本指标泵流量1/60m/s行程200mm泵效率油泵效率90％液压机压力15000KN(300*10P)10000KN(200*10P)5000KN(100*10P)最大功率1010KW705KW380KW电动机额定功率800KW(130%过载)平均消耗功率330KW240KW152KW全效率86％82%20%表1－2两种传动方式的比较项目泵－蓄势器传动泵的出口压力与液压机负荷无关而与蓄势器压力相同以15000KN锻造液压机指标比较基本指标泵流量0.9/60m/s泵效率外泵效率87％×减速机效率85％＝74％液压机压力15000KN(300*10P)10000KN(200*10P)5000KN(100*10P)最大功率600KW电动机额定功率600KW平均消耗功率600KW全效率48％32%19%a）直接传动b）泵—蓄势器传动eq\o\ac(○,1)开始锻造eq\o\ac(○,2)初始的停歇eq\o\ac(○,3)锻造结束eq\o\ac(○,4)降压前的停歇eq\o\ac(○,5)活动横梁提升图1—225000KN液压机不同的传动形式的比较1．3液压机的特点液压机与其它锻压设备相比具有以下特点：基于液压传动的原理，执行元件（缸及柱塞或活塞）结构上易于实现很大的工作压力，较大的工作空间和较长的工作行程，因此适应性强，便于压制大型工件活较长较高的工件。在形成的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转换点长时间保压。可以用简单的方法（各种阀）在一个工作循环中调压和限压，不易超载容易保护各种模具。滑块的总行程可以在一定范围内任意地无级的改变，滑块行程的下转换点可以根据压力或行程位置来控制和改变。滑块速度可以在一定范围内在相当大的程度上进行调节，从而可以适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节可以与压力及行程无关。与锻锤相比，工作平稳，撞击，振动荷噪声较小，对工人健康、厂房基础、周围环境及设备本身都有很大好处。液压机的缺点是：用泵直接传动时，安装功率比相应的机械压力机大。由于工作缸内升压即降压都需要一定时间，阀的换向也需要一定时间，需要空程速度不够，因此在快速性方面不如机械压力机。由于也有可压缩性，在快速卸荷时，可能会引起压机本体或液压系统的振动，因此不适合于冲裁、剪切等工艺。工作液体有一定使用寿命，都一定时间应更换。1．4国内外几种典型液压机的液压系统曼内斯曼－德马克公司（Mannesman-Deman）的Mn快锻机液压系统该液压机的液压系统功能完善，妥善地解决了压机和操作机的联动，锻件尺寸厚度公差可达，操作机钳杆旋转角度和大转进速度较高，辅助动作配合协调，自动化程度高，是比较典型而又代表性的一台快锻压机。一般快锻液压机液压系统针对快速性和液压冲击增加了特殊措施，如以油介质直接传动，回程缸面积较一般压机大；和工作缸面积速比匹配合理；采用插装阀，该阀采用锥面密封无泄漏式阀门，过流面积大，液体通流量大，开启行程小，质量较轻，动态响应快，动作灵敏，启闭迅速，能有效达到高锻造次数和停位精度准确的目的，采用下拉式结构降低本体结构重心；工作缸和回程缸均布置在地下，工作缸附近的地下室布置泵站，以提高系统容积效率；充液罐一般紧缺工作缸位置；液压缸的进液和排液分开充液阀的卸压和排液功能让卸排液阀组来承担，使充液阀真正成了只充液的单向阀，从而大大减少了液压冲击和振动；采用多级卸压和排液阀组使压机在回程前能在尽可能短的时间内释放高压能量和排液，以降低冲击和噪声。DeMAG公司的20Mn快锻机具备了上述特点。其液压系统简图见1－3图1-320MN快锻机液压系统设计简图eq\o\ac(○,1)主要阀均采用液压插装阀由于流量大，采用的阀口径大，用三级控制。eq\o\ac(○,2)工作缸的卸压回路阀V5使C快速卸压，当达到V的调定压强时，C打开，从而使主排液阀C打开，使主缸内液体排向充液罐。eq\o\ac(○,3)回程缸系统还设有等阀组，使框架在自重下快速下降。eq\o\ac(○,4)设有专门的循环冷却系统4和经过滤系统来改善油介质的工作条件，提高系统可靠性。国产8Mn快锻机液压系统(见图1-4)先导阀采用特殊设计的快速电磁阀，高压泵采用六柱塞径向高速轻型泵图1-4国产8MN快锻机液压系统设计简图1．5液压机发展概况早在1662年，帕斯卡发现了利用液体产生力量的可能性。1795年英国人Bramah取得了第一个手动液压机的专利。直到1859－1861年，维也纳铁路工场有了第一批用于金属加工的液压机，它们分别是7000KN,10000KN和12000KN。1884年在曼彻斯特首先使用了锻造水压机。1893年建造了当时最大的120MN锻造水压机。随着航空工业的迅速发展，模锻液压机的公称压力不断提高，1934年德国制造了370MN的模锻水压机，二战期间建造了300MN。液压机普遍应用于国民经济各部门。如板材成形，粉尘冶金轮轴压装等。1949年以前，我国没有自己独立的工业体系。1949年以后，我国迅速建立了独立自主的完整的工业体系。1957－1962年间，我国已开始自行设计制造各种锻压设备。60年代，我国先后成套设计制造了一些大型液压机，其中有300MN模锻水压机，120MN挤压水压机等。80年代以来，液压技术有了飞速方展，主要表现在：eq\o\ac(○,1)迅速采用数控（NC）及计算机控制技术（CNC）实现工艺过程自动化及提高控制精度eq\o\ac(○,2)出现了快速换模装置eq\o\ac(○,3)采用各种先进的滑阀或插装阀，阀的换向时间减少到10ms以下。eq\o\ac(○,4)采用各种有效地缓冲装置以减少冲裁时的振动和噪声。eq\o\ac(○,5)逐步向柔性加工系统（FMS）发展。即把微电子技术自动检测及反馈，工业机器人和自动仓库结合在一起。第2章液压机主传动系统液压系统是以液体（在本论文中指液压油）为工作介质来进行能量转换。传递和控制的流体传动形式的一种。它主要是靠密封工作腔的容积变化来进行工作。通过液体介质（压力）压强来进行能量的转化和传递。其主要原理是帕斯卡原理。液压机锻锤的下降和上升都是通过液压缸来操纵完成。因此，液压传动系统的设计在双柱下拉式液压机的设计中显得极为重要。液压机有三部分组成：泵站，操纵系统和主机液压机传动系统包括泵站和操作系统，由以下几个部分组成：动力源部分－液压泵和原动机在本系统中主要指液压泵。执行机构－液压缸和液压马达在液压机主传动系统中不涉及马达，主要指的是液压缸。在液压机辅助装置介绍中将略带介绍马达.控制元件－包括压力，流量。方向控制阀等。通过它们控制和调节液压系统中的压力，流量和方向，以保证执行机构所要求的输出力，速度和方向。辅助部件－包括油箱，管道，滤油器，充液罐和指示仪表等。以保证系统正常工作。2．1液压机的工作原理液压快锻机根据帕斯卡原理利用液体压力能来传递能量而完成应有的动作。快锻机的工作过程如下：当主缸进液压油时，主泵和充液罐同时给主缸供油，此时主缸快降，锤头也随之下降到一定高度接近工件时，充液罐充液阀关闭，由主泵单独给主缸供油，锤头慢降，降到靠近工件时，主缸速度下降，接近工进速度，同时压力上升，接触工件，开始锻压工件。压制完工件后，回程缸进油，回程缸缸体动作，主缸回程。锤头抬离工件，达到一定高度时后，等待设定时间，在此设定时间内，由操作机来完成锻件换向翻转锻打。在液压机工作过程中，锻造操作机须配合液压机动作。为满足锻造工艺要求，锻造操作机一般应具有五个基本动作：钳口启闭，钳杆旋转，钳杆平行升降，钳杆倾斜，大车行走，根据使用要求，还可以同时或分别增加台架回转，（或夹钳摆移）钳杆升缩和大车横向行走等动作。快锻机的基本动作可概括为：上快降慢降工进返回。锻造操作机与液压机的动作是相互协调配合的，现代化的锻造液压机组均采用电子计算机集中控制，实现液压机与操作机联动，以提高生产率并逐步实现生产过程的自动化。2．2泵站的设计由设计任务书知，该系统是高压系统。该系统由插装阀组成，以满足高压大流量的要求。泵站是液压机的动力源，供给液压机各执行机构及控制机构以高压工作液体。因此，可以说泵站是液压机的心脏，是液压机液压传动系统的核心部分。泵站的设计显得极为重要。泵站的好坏，直接影响到时否能满足液压机工作要求。在这里，我们把泵站的设计分为两部分，主泵站的设计和供油泵站的设计。2.2.1主泵站的设计考虑到该系统是大型复杂高压系统大流量要求，我们选用轴向柱塞泵。轴向柱塞泵具有工作压力高，在高压下仍能保持相当高的容积效率（一般在95％左右）及总效率（一般在90％以上）等特点。而且，它还有流量大的特点，而齿轮泵虽能满足压力要求，但流量不能满足。叶片泵能满足流量要求，但压力得不到满足。在设计中曾考虑用双联泵，但双联泵也不能满足要求，如CBL5180，额定压力只有16Mpa,不能满足压力要求，而双联叶片泵也不能满足要求。由后面的计算知，轴向柱塞泵流量为500L/min,选用了5台泵，4台主泵，一台备用。主泵压力调定和卸荷全都采用插装阀。主泵系统图如下图所示：在系统仲裁用插装阀（也成为逻辑阀或锥阀）是因为它具有以下特点：阻力损失小，通流能力大，密封性好动作响应快结构简单，便于集成化，维修方便，并且有利组织批量生产。可和各种先导的电磁阀可以采用小通径的规格，因此整体结构紧凑，体积小，重量轻。正如上所述，插装阀具有如此多的优点，而该系统要求压力高大流量，所以优先采用插装阀作为控制元件显得极为重要，现简要说一下主泵系统的工作原理。当泵吸口处截止阀（闸阀）打开时，截止阀的限位开关就把信号传递给主控制室，主控制室就发出信号启动电机而后启动主泵。主泵的启动必须在供油泵启动后，而且必须在供油泵停止前停止。主泵压力由插装阀7和溢流阀8调定，溢流阀8调定系统压力为21Mpa,当压力低于阀8的调定力21Mpa时，阀芯上的力平衡的，弹簧使阀芯保持在关闭状态。达到调定压力时，插装阀阀芯打开而限制了系统压力并有压力－流量特性。平时电磁铁1DT带电，插装阀9阀芯关闭，主泵能建立起压力。当1DT断电，阀9阀芯打开而与油箱连通。主泵卸荷。插装阀10在这里起单向阀作用。系统的压力由表69读出。为防止油从漏油口进入轴向柱塞泵，在漏口设置一个单向阀，泵的漏油只能回油箱，而不能倒流。主泵为液压系统提供所需的压力和流量。2.2.2供油泵站的设计供油泵站简图如下：3-螺杆泵4-电动机50-单向阀54-截止阀49-溢流阀由于轴向柱塞泵的自吸性能不好，而且管道阻力大，因此必须增加辅助泵给轴向柱塞泵供油。在本系统中采用·两台双螺杆泵给轴向柱塞泵（主泵）供油。螺杆泵压力由49调定。单向阀50是防止油液倒流。另外一个单向阀在这防止了油液倒流又可使主泵在供油泵（或称为增压泵）发生故障时从油箱暂时吸油，是有利于保护主泵。截止阀54只有在打开时，电动机才启动，泵才工作，平时54是常开的。行程限位开关在这里起传递信号并直接控制电动机的驱动。由于该系统工作时须流量很大，因此油箱必须设计得体积比一般油箱大。油箱体积大，在内设置挡板不方便，在该系统中，油箱内没有隔板，为保证油液的精度，在这里提供了一台螺杆泵，连续过滤来自主油箱中的油液。精滤泵站如图2.1所示。图2-1精滤泵站65-过滤器组5-泵6-电机55-截止阀过滤器组由两个带发讯号的过滤器组成。中间通过一个转换装置转换。当其中一个过滤器堵塞不能用时可立即置换使用另一个过滤器，同时把堵塞了的过滤器卸下，换滤芯，，而后在安装进去。为防止滤芯堵住后，泵不致受损怀，在每个过滤器旁并联一个单向阀，滤芯堵住，发出讯号报警，同时压力增高，通过单向阀回油箱，可起瞬时保护泵的作用。置换过滤器的装置在此系统中使用的是三通阀门。阀55将主油箱与过滤泵5隔开，用限位开关监视保证了仅在滑阀打开的情况下泵才能启动。压机正常工作情况下，截止阀55是打开的。在此系统中，为提高住缸下降的速度，而压制时速度很小，设置了一个充液罐，如前所述，N锤头下降时充液罐阀打开，和主泵同时给主缸供油，压制时，只主泵供油。锤头抬起时，主缸里的油全部通过一个卸荷阀组（阀站在稍后会详细介绍）回到充液罐。当充液罐由于泄漏而油位下降时，就必须给充液罐补油。充液罐的补油由循环油泵来实现。循环油泵站如图2－2所示。当充液罐不需补油时，油直接回到油箱。在回路中还设置了热交换器，实现油的冷却，使油箱油温控制在适宜的温度范围内。图2-2循环泵站3-泵4-电机43-溢流阀44-单向阀45-水用旋线46-水用旋线47-水用换向二位三通阀49-安全阀54-截止阀64-过滤器73-压力表现在说明一下各元件的作用，水过滤器48装在油冷却器的冷却水油路内，过滤器64过滤自循环泵向充液罐所供的油，电的指示和过滤转换。阀54将油箱与循环泵隔开，用限位开关监视，保证了仅在阀54打开的情况下泵才能启动，压机正常操作情况下，滑阀是打开的。阀49在这里起安全保护的作用，防循环油泵因压力过高而损坏，同时有调定压力，溢流的作用。阀43保护充液罐以防压力过大，循环油泵经常和油箱进行循环油交换，只有在充液罐因泄漏而油液不足时，循环油泵向充液罐补油。所有这些过程是通过循环部件来完成的。循环部件的构成构成如图2－3。当阀19电磁铁14DT带电时，插装阀29控制口接通油箱，控制口压力大致为零。插装阀阀芯打开，充液罐通过阀29向油箱放油，阀29在这里还起压力溢流作用，可调定充液罐的压力。当充液罐油位低于某一高度时，循环泵给充液罐补油。14DT由充液罐上的浮子开关控制。图2-3循环部件19-二位三通电磁换向阀29-插装阀2．3阀站的设计如果说泵站为系统提供动力，是液压机系统的心脏，那么液压机是如何完成各种动作的呢？或者说，液压机工作过程受什么操纵控制？在这里，我们有必要详细叙述一下，液压机是如何完成我们前面所述的各种动作。液压机动作是通过四阀块完成的，在本论文中，主缸进液阀，回程缸进液阀，调整阀布置在一个阀站上，成为阀站Ⅰ，卸载部件安装在单个块上，叫卸荷阀组。以便尽量尽可能接近压力缸。主缸进液阀组是一个典型的半桥三级控制阀组。其组成如图2－4所示，三级阀11控制二级阀15的启闭，二级阀15又控制一级阀12的启闭。阀12是主缸进液阀组的主阀。它的启闭特性和阀14和φ5孔的阻尼有关。当6DT处于“－”状态时，阀15打开，随之阀12也打开，主泵来的油液通过阀12流向主缸；当6DT处于”+”状态（“－”不带电，“＋”带电，下同）时阀15关闭，阀12不能打开，主泵的油液不能流向主缸。回程缸进液阀组组成情况见图2－5。它类似于主缸进液阀组，也是液阻半桥三级控制插装阀组。7DT处于“＋”状态时阀15不能打开，来自主泵的油液不能通过主阀13流向回程缸。当7DT处于“－”状态时，阀15打开，从而阀13也能打开，来自主泵的油液就能通过主阀13流回回程缸，完成锤头抬起动作。图2－4主缸进液阀组11-二位三通电磁换向阀15-带行程限制器的插装阀14-单向节流阀12-插装阀16-单向阀图2－5回程缸进液阀组11-二位三通电磁座阀13-插装阀15-带行程限制器的的插装阀为了满足液压机工作循环中，液压机锤头快速下降慢降工进设计了四个阀块，为方便分析，假定AR3-1是快降阀块，AR3-2用于锤头慢降。并有平衡机架子中的功能；AR3-3是慢接近无压力阀块，AR3-4用于安全溢流。AR3-1，AR3-2，AR3-3，AR3-4组成简图2-6，2-7，2-8，2-9。图2-6AR3-115-带行程限制器的插装阀23-溢流阀22-带行程限制器的插装阀17-二位三通插装阀图2-7AR3-211-二位三通换向座阀21-溢流阀20-带行程限制器的插装阀图2-8AR3-39-带行程限制器的插装阀17-二位三通换向座阀2-9AR3-48-溢流阀18-插装阀为使液压机获得两级压力,Ⅰ级锻压力是10MN,Ⅱ级锻压力是9MN,设计了一个回程缸出口集成块。当阀19电磁铁9DT处于“＋”时液压回路接成差动，锤头可获得Ⅱ锻压力。当9DT处于“－”时，获得Ⅰ级锻压力。卫士锤头抬起，并举有较高速度须使主缸迅速卸压，在此，设计了一个卸荷阀集成阀块。它有两组阀块组成并联，可使主缸里的油液快速向充液罐充液。它具有将锤头抬起过程分为先卸压后抬起两个阶段的功能。卸荷阀组，组成可见图2－11。卸荷集成阀块安装在充液罐上部，接近液压机主缸。在后面我们为了分析问题方便，把卸荷阀集成块设为AR3-2。图2-10回程缸出口集成块19-二位三通电磁换向座阀13-插装阀图2-11卸荷阀集成块2．4充液罐的设计由于液压机工作时个工作阶段所需流量不一样而且相差很大。液压机锤头快降过程中，泵和充液罐同时给主缸供油。充液罐在本系统中，起瞬时提供大流量，锤头快速下降。回程时主缸里的油液通过卸荷阀组流回充液罐。充液罐的设计好坏，直接影响到生产效率。因此充液罐的设计在系统中十分重要。充液罐的组成原理如图2－12所示。为使充液罐在压机快速下降时向主缸充油，充液罐须预充一定压力。由控制台操纵车间管路的空气，向充液罐充气；排气。在正常情况下，气控截止阀截止。当修充液罐时，按下推拉式手动换向阀，阀41换向，充液罐通过截止阀排气，为防止充液罐压力过高，设置了两个空气安全阀。三个浮子开关负责调节油位，当充液罐由于泄漏而液位太低时，由循环泵补油。而油位太高时，由循环部件向油箱排油。图2-12充液罐35-充液罐36-空气安全阀41-气控截止阀37-充液阀38-截止阀39-浮子开关第3章液压机系统原理在前面我们介绍了各部分系统原理，为更易理解液压机系统原理。在这一部分里，将把各个部分系统组合起来，从元件功能和控制层次上进行理解和分析。为方便起见，这里将液压系统以液阻桥路的形式给出，并对原系统做了简化。简化图如图3－1所示。快锻机的锤头可看成液阻桥路的负载，它的动作由四个液阻桥臂操纵控制。当AR1，AR3的主阀打开而AR2,AR4的主阀关闭时，锤头(上站)下降，反之上升。AR1控制主缸进油是主缸进液阀集成块（如前所述）。阀12是AR1上的主阀。AR2是卸荷阀组。当锤头压上工件时，大量的液压能储存在快断机的主缸里，而且，主缸必须在锤头抬起前卸压。AR2具有将锤头抬起过程分为限卸荷后抬起两个阶段的功能，当主缸（mainCylinder）上腔压力很高时，主阀28在阀27控制下开启很慢，主缸内的压力油可慢慢排除，这样就有利于减轻冲击。当主缸中的压力低于某值时，阀24复位，阀25开启，此时主阀28迅速全开，主缸内的压力迅速降低。配合阀13的动作（注：阀13指AR4上的插装阀），锤头可快速抬起。如果阀28很慢开启和迅速开启的转折点设置合理，锤头抬起过程可以在满足冲击小、时间短的要求下完成。AR3有四条并联支路，AR3-1用于锤头快降同时具有安全保护功能。AR3-2用于锤头慢降并有平衡机架自重的功能。AR3-3用于快锻机的调整时的低速置零，AR3-4用于快锻机的安全保护。图示系统组装在地下室的两个阀站上。液压机的操作在控制室内操纵控制。现在我们再来简要说明一下，液压机工作过程的一个循环。如果主控制台上的电控杆置于锻造位置，先导阀AR4的17和AR2上的11的线圈7DT,12DT,13DT通电。因此，逻辑元件13，28.1，28.2的控制口压力管路连接，以使阀关闭。先导阀AR1的11的线圈6DT与电路断开，那么插装阀12的控制口卸荷到油箱，主泵的油可通过这个阀流进主缸。同时先导阀17（AR3－1），19的线圈11DT,9DT通电，相应阀22，13的控制口立即向油箱卸荷，阀打开油可以从回程缸流向油箱。压力机靠压机重量开始下降。在阀22上通过所装的行程限制器来调整下降的速度。在此同时，先导阀11。1－11。5的线圈1DT,2DT,3DT,4DT,5DT通电阀9的控制口立即与压力管路连接，阀关闭。主泵1.1－1.5的油流经敞开的插装阀12（AR1）进入主缸，除非靠油自重才使压力机下降。主泵不产生任何压力，油能自由进入主缸。投入的泵，可通过敞开的阀9.1－9.5无压力地向油箱供油。当压机达“慢速下降”位置时，来自厚度测量装置的电讯号要求先导阀17的线圈11DT断电。此时，AR3-1的阀22关闭。因此压机靠溢流阀23减速到工作速度。将阀23并入22的控制线路中来自回程缸的油不能连续自由地流向油箱，充液阀37关闭。所有泵的油流被引入主缸，以建立较小的压力。该油流克服AR3-2S上的阀21的背压迫使压力机下降。10DT“＋”，所需要的支撑压力建立在阀21中。如果压机接触工件，压力缸中的压力按照工件所需要的变形力而升高，直到达预先调好的锻件尺寸为止。厚度测量的电讯号使AR1的阀11的线圈6DT带“＋”，同时7DT处“－”，阀12闭合，AR4上阀13打开。同时9DT断电和11.2的线圈12DT，13DT断电。卸荷逻辑元件打开，来自主缸的压力消失。为了影响卸荷的开启速度，设置了节流阀27.1，27.2。阀28打开后，主缸里的油全部流向充液罐，直到厚度测量装置发出“返回停止”信号为止。图3－1快锻机液压传动系统如果在返回行程的顶部没设置停留时间，压力机就执行如上所述的另一个行程。在顶部位置应该设置停留时间，电测厚度的讯号将使线圈6DT通电，9DT，11DT断电，这样压机就停留在顶部位置。同时泵循环阀中的线圈1DT-5DT将断电，所有主泵的油，通过打开的循环逻辑元件9.1－9.5流回油箱，在压机正常操作期间，主缸中的压力若要接近最大值，泵靠PU1和PU2来打开相关的循环阀卸荷，为的是避免不必要的能量和温升。9DT处于“－”状态时，形成差动控制，可产生Ⅱ级锻压力。为了调整，压力机取道阀9(AR3－3)降下，此时8DT通电，由行程限制器调整压机下降速度。为便于理解，电磁铁动作图列表3－1表3－1电磁铁动作图第4章设计计算设计参数锻压力1000吨回程力200吨主缸行程1.0m回程速度300mm/s空程速度200mm/s慢降速度100mm/s工进速度70mm/s4.1计算各液压缸的有效面积液压缸有效面积，根据《机械零件设计手册》（下册）式29－1决定A=(4-1)F 液压缸外负载力N－－―――液压缸进出口压差－液压缸工作腔压力－缸的背压力因本系统－液压缸的机械效率取＝0.95为液压系统，可忽略主缸按锻压力最大值F=1000t计算根据《掖压与气压传动》查表8-8确定系统压力为20Mpa==回程缸回程力F=200t 带入式（4－1）得由式本系统采用双柱下拉式结构，有两个回程缸，四根立柱组成框架。则各个回程缸有效面积为计算各液压缸直径(4-2)把带入式（4－2）得：主缸柱塞：回程缸柱塞：按JB2001-76圆整，取：因此主缸的有效面积:回程缸的有效面积：4.2计算液压缸的流量、压力、功率主缸eq\o\ac(○,1)快进：式中为空程速度带入上式得：eq\o\ac(○,2)工进： 式中为工进速度压力：eq\o\ac(○,3)回程：流量式中： 代入得：压力：功率：（2）回程缸.eq\o\ac(○,1)快进：eq\o\ac(○,2)工进：eq\o\ac(○,3)回程：流量压力：功率：4.3确定液压泵的规格4.3.1确定系统的最大工作压力液压泵的最大工作压力由《液压传动系统》式（7－20）确定：式中－执行元件的最大工作压力－液压泵出口到执行元件入口之间的压力损失，管路复杂，流速较大的取由于液压机液压传动系统复杂，管路复杂，流速较大，故取取4.3.2确定液压泵的流量系统工作时需要的高压油最大流量是在主缸工作行程时的进油流量。回程缸回程时需要的流量为主缸只有在压制时才需高压，回程缸回程时需高压，而在液压机锤头快速下降、，慢降则不需要高压油液。根据这样的分析决定以主缸工进时所需流量作为执行机构需要泵提供的流量，则由《液压传动系统》式（7－21）可得4.3.3选择液压泵的规格由2）知而回程时回程缸动作所需流量为，故可选用四台额定流量为的泵。而且由于该系统压力高，因此，可选用轴向柱塞泵。选用轴向柱塞泵可节省设备安装空间，节省占地面积。为防止某台突然发生故障，增加了一台备用泵。查《机械零件设计手册》表30－83选用500PGY14-1B其主要参数如下：理论排量额定流量由于轴向柱塞泵自吸性能不好（最高自吸真空度16.5Kpa），因此采用辅助泵供油的方式给主泵供油。在此系统中，设计方案定为用两台螺杆泵给主泵（轴向柱塞泵）供油。主泵恒压变量，五台同时工作时泵的总流量为：而泵的吸油口流量为，则五台主泵吸油口总的流量应为因此，可选用两台螺杆泵，油《螺杆泵产品样本》查的，每台螺杆泵的流量，选SNH系列，泵规格为1700－42三螺杆泵SNH1700R42K-W1 说明：1）泵的安装形式为卧式，地脚式安装2）低压单吸轴向力液压平衡，最大排出压力4Mpa3)主杆螺旋角42度4)外置轴承填料密封5）泵的转速为在运动粘度V=20cst时流量为，在40cst时流量为泵的流量取4.3.4确定泵的驱动功率由冶金工业出版社1989年版的《机械零件设计手册》（下）式（29－8）可得泵的驱动功率式中代入上式得：主泵：螺杆泵查产品样本，SNH系列三螺杆泵性能泵的轴功率为17.2KW则4.3.5电动机型号的确定由于电动机直接通过联轴器传动，传动效率查《机械设计课程设计手册》表2.1－2.7得电动机功率的选择：由《机械设计手册》表40.1－13得式中P—电动机功率为（4）中计算的泵的驱动功率K—余量系数查表40.1-15K＝1.05驱动主泵电机功率为： 选择主泵电动机，使电动机的额定功率，电动机额定转速与主泵对应的转速必须配合，故电动机额定转速应为1000r/min左右。查表选40－11选JS128－6笼型异步电动机， 额定电压380V,满载时转速980r/min三螺杆泵：查《SAN系列三螺杆泵样本》配套电动机功率式中K=1.15N－轴功率17.2KW 代入上式得：查《机械设计手册》表40－1选Y180L-4笼型异步电动机4.4确定动作时间及泵台数4.4.1各动作时间的计算快降（进）：速度行程慢降（进）：速度行程工进：速度行程回程：速度行程4.4.2在Ⅰ级锻压力（1000t）时的锻压速度及泵台数在Ⅰ级锻压力时的锻压速度分为六级：8－15－31－47－63－70mm/s当速度为70mm/s时，流量：此时5台泵应同时工作。当时，此时4台泵应同时工作。当时，此时3台泵应同时工作。当时，此时2台泵应同时工作。当时，1台泵就足够了当时，也选用一台泵。4.5充液罐容积的确定充液罐用来供给和储存低液体。充液行程，不断的供给工作缸以低压液体；回程时工作缸中大量液体经充液阀排入充液罐。液压机每工作循环一次后，充液罐中液位都上升一定高度其数值约为工作过程时所耗高压液体的容积。因此罐中液压不断升高。达到一定高度时，自动顶开溢流阀排回到油箱。若溢流阀损坏或瞬间流入大量液体，液位和压力都将急剧升高，空气安全阀可自动打开，排气卸压。充液罐的容积应能满足：（1）供给液压机全行程充液罐的需要量，而且还有足够的机动容积（2）工作缸中压力不低于1个大气压以免吸入气体或从液体中大量析出气体，造成工业不正常。（3）必须保持一定的最低液面，以避免空气进入管道，并使杂质能很好地沉淀。充液罐容积由《液压机》（1982年版）式3－13式中：K＝2～2.5充液罐中液体容积相对于工作缸总容积的比值。－所有工作缸柱塞的总工作容积－柱塞或活动横梁的全行程代入上式得：按部颁标准JB2045-84选用的充液罐液压机正常工作时，快降阶段充液罐和主泵同时给主缸供油，慢降阶段充液罐在主泵在刚开始时主缸供油稍后充液阀关闭。只主泵给主缸供油。在工进（压制）阶段主泵给主缸供油。回程时，主缸里的油液全部回到充液罐。充液罐作用原理与气液直接作用式蓄能器类似。气体与液面接触，容量大，结构简单，由于没有隔离用的活塞，故惯性小，反映灵敏，没有机械摩擦损失。但气体容易混入油中，影响系统工作的平稳性，气体消耗量大，必须经常充气。为防止液面过滤下降导致气体进入系统管道造成事故，必须严格控制容器内的液位。因此，在充液罐设计中，设计了一套浮子开关，以监测液位。而充液罐与一般的蓄能器作用回路不尽相同，一般蓄能器在工作循环中都起作用，在空程下降和压制时蓄能器可向系统供液，而充液罐在压制时绝对不供油。泵的流量尽可能满足回程速度，可比供压制时油量稍大一点。为方便计算可简化工作循环，忽略慢降过程。主缸快速动作时，充液罐供给的油量为：回程时，主缸里的油全部排向充液罐考虑漏损，取充液罐与蓄能器类似，也有三种工作状态：充气状态，充液状态，供油终了状态。充液罐在这里可简单地看作辅助动力源，因此可按绝热过程计算，由《液压传动系统》式（5－10）可得：式中：－充气压力气体容积（充液罐总容积）－充液状态，气体压力，容积－充液罐终了状态，压力，体积取带入求知得：由：因此，充液罐工作时最低液位时油液容积最高液位时油液容积取，充油量正常情况下中浮动开关此时压力为：当充液量为时，液位为此时压力4.6液压元件的选择按压力和流量选择相应的阀，压力表。与主泵有关的控制元件选择如下：1500PGY14-B轴向柱塞泵10LC32A05E60二通插装阀2JS128-6笼型异步电动机11M-3SE6C20/315G24Z5LB二位三通换向座阀7LC32DB40E60二通插装阀74S40P1-20单向阀8DBDS30K-10/315直动式溢流阀75RVP－30－1－0单向阀9LC32A20D60二通插装阀56ZFH100F－B截止阀57RVP30－１－0/05单向阀69AF6E30/Y250带附件的压力表开关与供油泵有关的液压元件如下：3SNH1700－42三螺杆泵4Y －180－4笼型异步电动机50S150F2－20单向阀49L－DB200F2－10/16安全阀54Q947F－25球阀与主缸进液阀有关的元件如下所示：M-3SE6C20/315G24Z5LB15二位三通换向座阀LC80A20D50二通插装阀14MK20P10/V单向节流阀15LC16A10E60二通插装阀16RVP10－1－0与回程缸进液阀有关的元件如下：13LC80A20E50二通插装阀15LC16A10E60二通插装阀11M-3SE6C20/315G24Z5LB15二位三通换向座阀AR3－1中的有关元件：15LC16A10E60二通插装阀17M-3SE6U20/315G24Z5LB1522LC80A20D50二通插装阀23DBDS20K10/315AR3－2中的有关元件：11M-3SE6C20/315G24Z5LB1521DBDS10K10/10020LC40A05E60二通插装阀AR3－3中的有关元件：9LC32A05E60二通插装阀17M-3SE6U20/315G24Z5LB15AR3－4中的有关元件：8DBDS30K-10/31518LC4040DB40E60回程缸出口集成块元件：13LC80A20E5019M-3SE10U20/315G24与卸荷阀集成块有关的元件：M-3SE6C20/315G24Z5LB15二位三通换向座阀244WE6D50/8019二位四通液控换向阀25LC25A10E6026LC25A10E6027MG20P10V28LC125A10D2052RVP－15－1－0与充液罐有关的液压元件：36Q－25－W气动安全阀38XZF－H32*10F*12541K22JK－L二位二通气控截止阀37SF250A1－1－10充液阀3924719浮子开关4.7执行机构的设计计算4.7.1主缸的设计计算由前面计算知主缸柱塞直径为820mm由《液压机》式（2－46）液压缸内径式中－缸内壁与柱塞间在直径上的间隙值，取因此缸内经柱塞缸缸体材料选用20MnMo,查手册得：由《液压机》式（2－10）得式中带入上式得：稍大了一点，不采用。按《锻压机械液压传动》知，该系统压力,运动速度大于，宜选用锻钢，材料许用应力：代入式（4－25）得取则主缸底厚取过渡圆角半径：R=(0.12~0.2)D式中D－油缸内径D=832代入得取柱塞表面粗糙度较高的耐磨性和耐腐蚀性。常用45号钢制造。表面硬度应高于HRC45，表面进行离子软氮化处理，硬度可选HRC64柱塞制成实心与活动横梁刚性连接时，柱塞下端插入活动横梁内，两者之间无相对运动，在偏心加载时，柱塞随活动横梁一起倾斜，将活动横梁的所受偏心力矩的一部分传给液压缸的导向处，使导向部分承受侧向水平推力一对力偶，加剧了导向铜套及密封的磨损。因此采用球面支撑。柱塞支撑于活动横梁的球面座上。球面座上一般做成凸球形，在水平方向可以稍有移动。当偏心加载时，活动横梁在偏心力矩的作用下倾斜，此时如果球面处润滑良好，球面副可以相对滑动，则柱塞只传递轴向压力及密封的磨损情况。主缸以法兰支撑并安装在横梁内，由缸外壁的两个环形面积与横梁相配合。缸内进入高压液体时，通过法兰与横梁的接触面将反作用力传给横梁，液压缸本身则靠法兰上的一圈螺栓固定。导套在活塞杆或柱塞往复运动时起导向作用。一般用抗压耐磨的ZQSn6－6－3青铜铸造，长度取，密封用来防止高压液体的泄漏。对其基本要求是：在一定使用温度范围内有较好的化学稳定性，不溶于工作介质，与金属接触是不相互起作用（如腐蚀差等）。不软化成硬化，弹性、耐磨性好易于压制成形。选人字形夹布橡胶密封。支撑台肩厚度高度取回程缸的设计计算由前计算知，回程缸柱塞面积直径为260mm,则回程缸内径：缸体材料选用35好锻钢代入（4－25）得：取则壁厚回程缸体壁厚取过渡圆角半径取柱塞材料选用45号锻钢，表面进行离子软氮化处理，柱塞与活动横梁固定，采用刚性联接。导套用抗压耐磨的ZQSn6－6－3青铜铸造。导套长度密封选用V形密封件。材料为夹织物橡胶。柱塞缸的柱塞压盖包括压套、压紧法兰、防尘垫、及螺栓螺母等，由JB2001－76及JB2002－76选用。回程缸以悬挂方式固定在活动横梁上。柱塞通过拉杆和横梁以底座相连接。下横梁通过青铜套在拉杆上导向。4.7.3主缸和回程缸强度校核主缸：筒壁部分，最大应力点在缸筒内壁由《液压机》式2－8缸底部分按平板公式计算由式（2－32）回程缸：筒壁部分缸底部分所以安全。4.8充液罐的设计计算充液罐的设计根据《机械设计手册》（第4卷）第32篇《内压容器和管路》4.8.1设计压力的选取由于容器上部安装有安全阀，安全阀开启压力8Mpa,故取设压力为4.8.2内压圆筒和球壳的计算圆筒由钢板焊接而成，其材料选用Q235－B，GB3274由表32.2－1得式中－圆筒的内直径取1200－焊缝系数＝1.00－许用应力查表32.1－12＝113带入求之得再加上厚度附加量－钢板负偏差－根据介质的腐蚀性和容器的使用寿命而定的腐蚀裕量取圆筒筒壁应力校核由于充液罐采用单层筒壳，内外壁壁温相差不大，故可忽略热应力4.8.3封头设计充液罐受内压、采用碟形封头。碟形封头球面部分的内半径不大于封头的内径碟形封头过渡区半径不小于封头内径的10％取由表32.2－3查得碟形封头计算厚度公式式中－碟形封头形状系数－碟形封头球面部分的内半径－碟形封头过渡转角半径考虑到上盖与上封头焊接后在盖上安装卸荷阀组件暂取碟形封头许用应力式中－封头有效厚度代入求得4.8.4充液罐支座设计容器的支座是用来支撑容器的重量，固定其位置并使其在操作时保持稳定的容器附件。支座的结构形式和尺寸，主要取决于容器的重量，型式和结构材料，动载荷。充液罐支座除支撑油液重量外，还支撑压在充液罐顶的卸荷阀组的重量。充液罐直立放置，采用裙作式支座。裙座一般为圆筒形，与球形容器支座大致相似裙座壁厚试取圆筒形支腿内径取，充液罐用了根支腿支撑，则每根支腿支撑重量为为油液重量及罐体，卸荷阀组重量之和，由前面计算知油液重量为卸荷阀组及罐体重量支腿稳定性验算：应力计算由《机械设计手册》式（32.4－14）得：式中：，分别为操作状态和压力实验状态下的稳定系数查表32.4－5得带入上式得：稳定性满足要求。支腿内径，外径取得稍大些是为了更好地安装支撑充液罐。而且为使支腿与罐外焊缝强度足够，焊缝宽度足够。支腿和基础板焊接，加强肋板和支腿，基础板焊接连在一起。基础板在本论文中设计成矩形，板厚取20mm.查表32.2－28地脚螺栓取M30孔径，矩形边长350mm.肋板厚度20mm，螺栓沉底查《机械零件设计手册》D=62mm4.8.5开孔和补强充液罐上开有人孔、液位计、安全阀、换向阀、泄油口接管。充液罐上开孔全为圆形。人孔：孔径406.4mm，由于因此人孔焊接处需补强。采用补强圈补强。以全溶透成局部溶透方法将内部和外部补强元件与接管、壳体相焊。补强面积由式（32.2－47）得式中－圆筒开孔处的计算厚度－接管各义厚度－强度削弱系数＝1.0碟形封头上焊接了一个上盖，上盖形状见充液罐图纸。补强面积由式（32.4－48）得式中－碟形封头开孔处的计算厚度有效补强范围及面积：有效宽度人孔：而取有效高度：外侧高度内侧高度内深高度为补强区的焊缝面积所以不需另加补强同理可求得上封头不需另加补强油位计、安全阀、换向阀都不需要补强。下封头设计4.9管道元件的选择及计算4.9.1压油管的选用主泵出口：(式17－7)取壁厚：供油泵出口：取壁厚：取选用冷扎无缝钢管两台供油泵输出的油汇合在一起处管的选用取壁厚：取选用冷扎无缝钢管5台主泵给主缸，回程缸供油的总油路通径取选用冷扎无缝钢管充液罐与主缸联接有关通径取选热轧无缝钢管充液罐排液口油管选用无缝钢管回油管的计算取取选用冷扎无缝钢管控制油口油管取无缝钢管4.9.3吸油管的选择取选用冷扎无缝钢管取供油泵、循环泵吸油口：取取选热轧无缝钢管4.10油箱的设计计算1）按经验公式确定由《液压元件》《液压传动系统》式中代入得：取公称容量2）由于油箱容量较大，故采用筒形油箱，称之为油罐。油箱中部为圆柱形，两端用封头（求缺形）焊接。油箱容积计算公式：式中为油箱总长，球缺半径，由，考虑油箱安装空间，左右衡量，取，带入上式得：油箱结构油箱内部不设置隔板，油箱吸油口和回油口尽量远离与油箱接管应削成45度，并朝向油箱壁或油箱顶。这样可以有利于杂质沉淀。各类阀的泄漏油管应在油面之上，以免产生背压。液压泵的泄漏油管应引入油面以下。以免吸入空气。泄漏油管，回油管均通过油箱顶上法兰集中回油。一方面给充液罐补油，另一方面，冷却油液。冷却水可由测温装置自动控制（见循环泵站）。当油温低于一点高度时，进水阀关闭。当油溢过高时，冷却水打开冷却油液。冷却水流量可自动控制。在油箱顶部设置了6个空气滤清器，以利于空气流通。为保证油液精度，由精过滤泵专门过滤油液。为保证液压机正常工作时，精过滤器正常工作。精过滤器装有堵塞发讯装置，过滤器堵塞。立即启用另一套过滤装置。这两套过滤装置设置了转换装置（见精滤泵站）。两者并列。一套坏了后，启用另一套，并更换滤芯。这样保证了过滤器随时工作，以保证油液精度。4.11阀块的设计本文所述的阀块指的是AR3－1。由一个逻辑阀、插装式溢流阀、电磁阀、一个可调装置的逻辑阀。阀块安装在另一个阀块上，通过六个螺栓，自上而下穿过。因此所有外接油口全部安装布置在底面，安装时直接压在另一个阀块上，形成集成式阀块。这样，有利于节省安装空间，使结构紧凑，简化了管路。进油口和回油口通径均采用与阀的P口和O口相一致的通径。为防止油液泄漏，各布置阀的表面粗糙度应尽可能低，取左右。由于各个阀块叠加在一起，因此，应保证各竖直面与底面垂直，以防止钻孔时钻头不偏，应使两面平行，并有一定的平面度。以免油口贯通。阀块加工后应仔细清理，不得有铁屑等杂质。4.12液压油的选择液压油是液压系统中用来传递能量的工作介质。液压油的选择一是按泵（或阀）所规定的液压油牌号来选用，一是根据液压系统的工作环境温度，压力来选用。本系统选用N32号抗磨液压油代号YB－N32，牌号N32.时运动粘度，此时三螺杆泵SNH1700－42，在转速为时，流量为4.13辅助装置的选择4.13.1冷却器的选择当锻压速度时，五台主泵同时工作，此时五台主泵驱动动率液压缸有效功率：液压缸在压制阶段和回程阶段做功，而在快速下降阶段由于缸靠自重下降，压力没有建立起来，此阶段缸做工为零。则液压缸在一个周期内的功是工进和回程时缸的做功之和。则由表29－25得：式中：－工作周期－缸的有效推力－推力时缸的行程工进阶段回程代入上式得：系统发热功率由式（29－19）得：由《液压元件》式（17－2），系统的温度T随运转时间t的变化关系如下：－油箱散热系数＝15这是在通风良好时油液温度由前面油箱为圆筒形，其散热面积由中间圆筒和两端封头组成。中间圆筒面积：两端封头面积于是油箱的散热面积油箱的散热功率和系统发热功率相比，散热功率太低，这就增加了冷却器负担。，用循环水强制冷却，则,代入求得：则冷却器的散热功率则冷却器必须的散热面积为式中：－油和水之间的平均