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1、压力机液压系统设计1河北科技大学题 目 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目录压力机液压系统设计1 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。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
2、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。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5、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 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动力机构压力机液压系统设计34 个立柱之间安置上、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
3、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。2 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。液压机压头的上下运动由主液压缸驱动，顶出液压缸用来顶出工件。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。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液压机技术参数：（1）主液压缸（a
4、）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。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，故回程力为 Fh = 3.6105 N。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。 ）（b）行程及速度快速空程下
5、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（a）负载：顶出力（顶出开始阶段）F d3.610 5 N，回程力 Fdh = 2105 N。（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。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、
6、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。对该机有如下性能要压力机液压系统设计4求：（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时动作，以防出现该动作事故。（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。（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
7、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（1）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。惯性力；快速下降时起动Faz = m = 3060 = 918 Nvt 0.0600.2快速回程时起动与制动Fas = m = 3060 = 810.9 Nvt 0.0530.2压制力：初压阶段由零上升到 F1 = 1.8106 N0.10 =
8、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 1.2a。表 1.1 主缸的负载计算工作阶段 负载力FL（N）液压缸推力（NLcmF）液压缸工作压力（Pa） 11()LcmFpPA（回程时 ）22Lc压力机液压系统设计5起动 FL = Fa 下 = 918 1008 12533快速下行 等速 FL = 0 0 0初压 FL = 1.8105 1.98105 2.46106压制终压 FL = 1.8106 1.98106 24.6106起动 FL = F 回 = 3.6105 3.96105 21106等速 FL = mg = 30000 3
9、2967 1.75106快速回程制动FL = mg- Fa 下 = 30000-810.9 = 29189.132077 1.7106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。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（2）确定液压缸的主要结构参数
10、根据有关资料，液压机的压力范围为 2030 MPa，现有标准液压泵、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。（a）主缸的内径 D压力机液压系统设计6D = = = 0.317m = 317 mm4Fcmp 41.81060.9125106按标准取 D =320mm（b）主缸无杆腔的有效工作面积 A1A
11、1= D2 = 0.322=0.0804m2=804 cm24 4（c）主缸活塞杆直径 dd = = =0.287 m=287 mmD2- 4Fhcmp 0.322- 43.61050.9125106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 = （D 2d2） = （0.32 20.282）= 0.01885 m 2 = 188.5 cm24 4（d）主缸的工作压力活塞快速下行起动时 p1 = =918/(0.91*0.0840) = 12009
12、.4 PaFcmA1初压阶段末 p1 = = = 2.46106 PaFcmA1 1.81050.910.0804终压阶段末 p1 = = = 24.6106 PaFcmA1 1.81060.910.0804活塞回程起动时 p2 = = = 21106 PaFcmA2 3.61050.910.01885活塞等速运动时 p2 = = = 1.75106 PaFcmA2 300000.910.01885回程制动时 p2 = = 29189.1/(0.91*0.01885)= 1.7106 PaFcmA2（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、活塞杆密封长度和特
13、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。（3）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 = 482cm3/s = 28.9 L/min快速回程时 q3 = A3v3 = 183.55.3 = 999cm3/s = 59.9 L/min（b）主缸的功率计算压力机液压系统设计7快速下行时（起动）：P 1 = p1q1 = 12
14、533482410-6 = 60.46 W工作行程初压阶段末：P 2 = 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p = 2.46+ S = 2.46+1.11S（MPa）24.6-2.4620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 ） （cm 3/s）S20功率为 P = pq = 482（2.46+1.11S）（1 ）S
15、20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 kW8.920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 = 21 S = 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（cm 3/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 = 1882.9（213.6
