车辆包展鹏压力机液压完整系统.doc
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1、压力机液压系统设计1河北科技大学河北科技大学题 目 压力机液压系统设计压力机液压系统设计 学 院: 机械电子工程学院 专 业: 车辆 101 班 学 号: 100505139 姓 名: 包展鹏 指导教师: 段鸿杰老师 完成时间: 2012 年 11 月 6 日 评定成绩: 压力机液压系统设计2目录目录压力机液压系统设计1 压力机的功能压力机的功能液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺,如:锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。液压机有多种型号规格,其压制力从几十吨到上万吨。用乳化
2、液作介质的液压机,被称作水压机,产生的压制力很大,多用于重型机械厂和造船厂等。用石油型液压油做介质的液压机被称作油压机,产生的压制力较水压机小,在许多工业部门得到广泛应用。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。液压机多为立式,其中以四柱式液压机的结构布局最为典型,应用也最广泛。图 1.1 所示为液压机外形图,它主要由充液筒、上横梁2、上液压缸 3、上滑块 4、立柱图 1.1 液压机外形图1充液筒;2上横梁;3上液压缸;4上滑块;5立柱;6下滑块;7下液压缸;8电气操纵箱;9动力机构矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。压力机液压系统设计35、下滑块 6、下液压缸 7 等零部件组成。这种液压机有 4 个立柱,在 4 个立柱之间
3、安置上、下两个液压缸 3 和 7。上液压缸驱动上滑块 4,下液压缸驱动下滑块 6。为了满足大多数压制工艺的要求,上滑块应能实现快速下行慢速加压保压延时快速返回原位停止的自动工作循环。下滑块应能实现向上顶出停留向下退回原位停止的工作循环。上下滑块的运动依次进行,不能同时动作。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2 压力机液压系统设计要求压力机液压系统设计要求设计一台压制柴油机曲轴轴瓦的液压机的液压系统。轴瓦毛坯为:长宽厚 = 365 mm92 mm7.5 mm 的钢板,材料为 08Al,并涂有轴承合金;压制成内径为 220 mm 的半圆形轴瓦。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。液压机压头的上下运动由主液压缸驱动,顶出液压
4、缸用来顶出工件。其工作循环为:主缸快速空程下行慢速下压快速回程静止顶出缸顶出顶出缸回程。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。液压机的结构形式为四柱单缸液压机。3 压力机液压系统工况压力机液压系统工况液压机技术参数:(1)主液压缸)主液压缸(a)负载压制力:压制时工作负载可区分为两个阶段。第一阶段负载力缓慢地线性增加,达到最大压制力的 10%左右,其上升规律也近似于线性,其行程为 90 mm(压制总行程为 110 mm)第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制力 18105 N,其行程为 20 mm。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。回程力(压头离开工件时的力):一般冲压液压机的压制力与回程力之比为 510,本压力机取为 5
5、,故回程力为 Fh = 3.6105 N。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。移动件(包括活塞、活动横梁及上模)质量3060kg。 (在实际压力机液压系统的设计之前,应该已经完成压力机的结构设计,这里假设已经设计完成压力机的机械结构,移动件的质量已经得到。 )鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。(b)行程及速度快速空程下行:行程 Sl = 200 mm,速度 v160 mm/s;工作下压:行程 S2 = 110 mm,速度 v26 mm/s。快速回程:行程 S3 = 310 mm,速度 v353 mm/s。(2)顶出液压缸)顶出液压缸(a)负载:顶出力(顶出开始阶段)Fd3.6105 N,回程力 Fdh = 2105 N
6、。(b)行程及速度;行程 L4 = 120 mm,顶出行程速度 v455 mm/s,回程速度 v5120 mm/s。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。压力机液压系统设计4液压缸采用 V 型密封圈,其机械效率 cm0.91。压头起动、制动时间:0.2 s。设计要求。本机属于中小型柱式液压机,有较广泛的通用性,除了能进行本例所述的压制工作外,还能进行冲孔、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。对该机有如下性能要求:預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。(a)为了适应批量生产的需要应具有较高的生产率,故要求本机有较高的空程和回程速度。(b)除上液压缸外还有顶出缸。顶出缸除用以顶出工件外,还在其他工艺过程中应用。主缸和顶出缸应不能同
7、时动作,以防出现该动作事故。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。(c)为了降低液压泵的容量,主缸空程下行的快速行程方式采用自重快速下行。因此本机设有高位充液筒(高位油箱) ,在移动件快速空程下行时,主缸上部形成负压,充液筒中的油液能吸入主缸,以补充液压泵流量之不足。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。(d)主缸和顶出缸的压力能够调节,压力能方便地进行测量。(e)能进行保压压制。(f)主缸回程时应有顶泄压措施,以消除或减小换向卸压时的液压冲击。(g)系统上应有适当的安全保护措施。4 确定压力机液压缸的主要参数确定压力机液压缸的主要参数(1)初选液压缸的工作压力)初选液压缸的工作压力(a)主缸负载分析及绘制负载图和速度图液压
8、机的液压缸和压头垂直放置,其重量较大,为防止因自重而下滑;系统中设有平衡回路。因此在对压头向下运动作负载分析时,压头自重所产生的向下作用力不再计入。另外,为简化问题,压头导轨上的摩擦力不计。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。惯性力;快速下降时起动Faz = m = 3060= 918 N贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。vt0.0600.2快速回程时起动与制动Fas = m = 3060= 810.9 N坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。vt0.0530.2压制力:初压阶段由零上升到 F1 = 1.8106 N0.10 = 1.8105 N终压阶段上升到 F2 = 1.8106 N循环中各阶段负载见表 1.1,其负载图见图 1.
9、2a。表 1.1 主缸的负载计算压力机液压系统设计5工作阶段负载力FL(N)液压缸推力(NLcmFF)液压缸工作压力(Pa)1 1()L L cmFpPA(回程时)2 2LcmFpA起动FL = Fa 下 = 918100812533快速下行等速FL = 000初压FL = 1.81051.981052.46106压制终压FL = 1.81061.9810624.6106起动FL = F回 = 3.61053.9610521106等速FL = mg = 30000329671.75106快速回程制动FL = mg- Fa 下 = 30000-810.9 = 29189.1320771.7106
10、注:表 1.1 中的液压缸工作压力的计算利用了后续液压缸的结构尺寸。运动分析:根据给定条件,空载快速下降行程 200 mm,速度 60 mm/s。压制行程 110 mm,在开始的 90 mm 内等速运动。速度为 6 mm/s,最后的 20 mm 内速度均匀地减至零,回程以 53 mm/s 的速度上升。利用以上数据可绘制出速度图,见图 1.2b。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。a 压力机液压系统负载图 b 压力机液压缸运动速度图图 1.2 液压机主液压缸负载和速度图压力机液压系统设计6(2)确定液压缸的主要结构参数)确定液压缸的主要结构参数根据有关资料,液压机的压力范围为 2030 MPa,现有标准液压泵
11、、液压阀的最高工作压力为 32 MPa,如选此压力为系统工作压力,液压元件的工作性能会不够稳定,对密封装置的要求以较高,泄漏较大。参考系列中现已生产的其它规格同类液压机(如63、100、200、300 吨液压机)所采用的工作压力,本机选用工作压力为 25106Pa。液压缸内径 D 和活塞杆直径 d 可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。(a)主缸的内径 DD = = = 0.317m = 317 mm綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。4Fcmp4 1.8 1060.91 25 106按标准取 D =320mm(b)主缸无杆腔的有效工作面积 A1A1= D2 =0.322=0.080
12、4m2=804 cm2驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。44(c)主缸活塞杆直径 dd =0.287 m=287 mm猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。D2 -4Fhcmp0.322 -4 3.6 1050.91 25 106按标准值取 d = 280 mmD-d32028040 mm允许值 12.5 mm(据有关资料, (Dd)小于允许值时,液压缸会处于单向自锁状态。 )(4)主缸有杆腔的有效工作面积 A2A2 = (D2d2)= (0.3220.282)= 0.01885 m2 = 188.5 cm2锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。44(d)主缸的工作压力活塞快速下行起动时 p1 = =918/(0.91*0.0840)
13、= 12009.4 Pa構氽頑黉碩饨荠龈话骛。FcmA1初压阶段末 p1 = = = 2.46106 Pa輒峄陽檉簖疖網儂號泶。FcmA11.8 1050.91 0.0804终压阶段末 p1 = = = 24.6106 Pa尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。FcmA11.8 1060.91 0.0804活塞回程起动时 p2 = = = 21106 Pa识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。FcmA23.6 1050.91 0.01885活塞等速运动时 p2 = = = 1.75106 Pa凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。FcmA2300000.91 0.01885回程制动时 p2 = = 29189.1/(0.91*0.01885
14、)= 1.7106 Pa恥諤銪灭萦欢煬鞏FcmA2鹜錦。(e)液压缸缸筒长度液压缸缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和压力机液压系统设计7特殊要求的其他长度确定。其中活塞长度 B=(0.61.0)D;导向套长度 A=(0.61.5)d。为了减少加工难度,一般液压缸缸筒长度不应大于内径的 2030 倍。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。(3)计算液压缸的工作压力、流量和功率)计算液压缸的工作压力、流量和功率(a)主缸的流量快速下行时 q1 = A1v1 = 8046 = 4824cm3/s = 289.4 L/min工作行程时 q2 = A2v2 = 8040.6 = 482
15、cm3/s = 28.9 L/min快速回程时 q3 = A3v3 = 183.55.3 = 999cm3/s = 59.9 L/min(b)主缸的功率计算快速下行时(起动):P1 = p1q1 = 12533482410-6 = 60.46 W工作行程初压阶段末:P2 = p2q2 = 2.4610648210-6 = 1186 W终压阶段:此过程中压力和流量都在变化,情况比较复杂。压力 p 在最后 20 mm 行程内由 2.46 MPa 增加到 24.6 MPa,其变化规律为硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。p = 2.46+S = 2.46+1.11S(MPa)阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。24.6 - 2
16、.4620式中 S行程(mm) ,由压头开始进入终压阶段算起。流量 q 在 20 mm 内由 482 cm3/s 降到零,其变化规律为 q = 482(1) (cm3/s)氬嚕S20躑竄贸恳彈瀘颔澩。功率为 P = pq = 482(2.46+1.11S)(1)S20求其极值, = 0 得 S = 8.9(mm)此时功率 P 最大PSPmax = 482(2.46+1.118.9)(1)= 3300.8 W = 3.3 kW釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。8.920快速回程时;等速阶段 P = pq = 1.7510699910-6 = 1.748 kW起动阶段:此过程中压力和流量都在变化,情况也比较复
17、杂。设启动时间 0.2 秒内作等加速运动,起动阶段活塞行程为怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。S = 0.5vt = 0.55.30.2 = 5.3mm在这段行程中压力和流量均是线性变化,压力 p 由 21 MPa 降为 1.75 MPa。其变化规律为p = 21S = 213.6S(MPa)21 - 1.755.3式中 S行程(mm) ,由压头开始回程时算起。流量 q 由零增为 999 cm3/s,其变化规律为q = S = 188S(cm3/s)9995.3功率为 P = pq = 188S(213.6S)求其极值, = 0 得 S = 2.9(mm) ,此时功率 P 最大PSPmax = 1882.
18、9(213.62.9) = 5755 W = 5.76 kW压力机液压系统设计8由以上数据可画出主液压缸的工况图(压力循环图、流量循环图和功率循环图)见图1.3。(c)顶出缸的内径 DdDd = = = 1419 m = 142 mm谚辞調担鈧谄动禪泻類。4Fdcmp4 3.6 1060.91 25 106按标准取 Dd = 150 mma 压力循环图 b 流量循环图 c 功率循环图图 1.3 主液压缸工况图(d)顶出缸无杆腔的有效工作面积 A1dA1d = Dd 2 = 0.152 = 0.0177m2 = 177 cm2嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。44(e)顶出缸活塞杆直径 dddd = = =
19、 0.1063 m = 106 mm熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。Dd2 -4Fdhcmp0.152 -4 2 1050.91 25 106按标准取 dd = 110 mm(f)顶出缸有杆腔的有效工作面积 A2dA2 d = (D d 2d d 2)= (0.1520.112) = 0.00817m2 = 81.7cm2鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。44(g)顶出缸的流量顶出行程 q4 = A1 dv4 = 1775.5 = 973.5 cm3/s = 58.4 L/min纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。回程 q5 = A2 dv5 = 81.712 = 980 cm3/s = 58.8 L/min顶出缸在顶出行程中的
20、负载是变动的,顶出开始压头离工件较大(负载为 Fd) ,以后很快减小,而顶出行程中的速度也是变化的,顶出开始时速度由零逐渐增加到 v4;由于这些原因,功率计算就较复杂,另外因顶出缸消耗功率在液压机液压系统中占的比例不大,所以此处不作计算。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。压力机液压系统设计95 拟订压力机液压系统原理图拟订压力机液压系统原理图(1)确定液压系统方案)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。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。确定液压机的液压系统方案时要重点考虑下列问题:(a)快速行程方式液压机液压缸的尺寸较大,在快速下行
21、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
22、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。由于本例的液压机属于小型压机,下行速度的控制问题不如大型压机突出,所以本例采用的回路见图 1.4。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。123 451012134YA5YA3YAKP图 1.4 液压系统回路图在主缸实现自重快速行程时,换向阀 4 切换到右边位置工作(下行位置) ,同时电磁换向阀 5 断电,控制油路 K 使液控单向阀 3 打开,液压缸下腔通过阀 3 快速排油,上腔从充液筒及液压泵得到油液,实行滑块快速空程下行。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。(b)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
23、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。本压力机液压系统设计10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
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