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1、目录摘要IAbstractII1绪论11.1液压传动系统概况1 液压传动技术的发展与研究动向1 我国液压系统的发展历程2 液压传动技术的应用31.2液压机的概况31.3液压机的发展42200T液压机液压系统设计62.1 液压系统设计要求62.1.1 液压机负载确定62.1.2 液压机主机工艺过程分析62.1.3 液压系统设计参数62.2 液压系统设计62.2.1 液压机主缸工况分析62.2.2 液压机顶出缸工况分析92.3 液压系统原理图拟定112.3.1 液压系统供油方式及调速回路选择112.3.2 液压系统速度换接方式的选择122.3.3 液压控制系统原理图122.3.4 液压系统控制过程
2、分析132.3.5 液压机执行部件动作过程分析142.4 液压系统基本参数计算162.4.1 液压缸基本尺寸计算162.4.2 液压系统流量计算182.4.3 电动机的选择20 液压元件的选择222.5液压系统零部件设计23液压机主缸设计23液压机顶出缸设计28液压油管选择30液压油箱设计322.6液压系统安全稳定性验算332.6.1 液压系统压力损失验算33液压系统温升验算373200T液压机电气系统设计403.1 电气控制概述403.2 液压机电气控制方案设计403.2.1 液压机电气控制方式选择403.2.2 电气控制要求与总体控制方案403.3 液压机电气控制电路设计413.3.1 液
3、压机主电路设计413.3.2 液压机控制电路设计41 电气控制过程分析42结论44参考文献45致谢46附录A 液压机使用说明书472200T液压机液压系统设计2.1 液压系统设计要求2.1.1 液压机负载确定液压机的最大工作负载为2000KN，工进时液体最大压力为25Mpa。2.1.2 液压机主机工艺过程分析 压制工件时主机的工艺过程：按下启动按钮后，主缸上腔进油，横梁滑块在自重作用下快速下行，此时会出现供油不足的情况，补油箱对上缸进行补油。触击快进转为工进的行程开关后，横梁滑块工进，并对工件逐渐加压。工件压制完成后进入保压阶段，让产品稳定成型。保压结束后，转为主缸下腔进油，滑块快速回程，直到
4、原位后停止。横梁滑块停止运动后，顶出缸下腔进油，将工件顶出，工件顶出后，顶出缸上腔进油，快速退回。2.1.3 液压系统设计参数最大负载：2000KN； 工进时系统最大压力：25MPa主缸回程力：400KN； 顶出缸顶出力：350KN主缸滑块快进速度：0.08m/s； 主缸最大工进速度：0.006m/s主缸回程速度：0.03m/s； 顶出缸顶出速度：0.02m/s顶出缸回程速度：0.05m/s2.2 液压系统设计2.2.1 液压机主缸工况分析1) 主缸速度循环图根据液压机系统设计参数中主缸滑块行程为700mm，可以得到主缸的速度循环图如下：图2.1 主缸速度循环图2) 主缸负载分析液压机启动时，
5、主缸上腔充油主缸快速下行，惯性负载随之产生。此外，还存在静摩擦力、动摩擦力负载。由于滑块不是正压在导柱上，不会产生正压力，因而滑块在运动过程中所产生的摩擦力会远远小于工作负载，计算最大负载时可以忽略不计。液压机的最大负载为工进时的工作负载。通过各工况的负载分析，液压机主缸所受外负载包括工作负载、惯性负载、摩擦阻力负载，即： F = Fw + Ff + Fa( 2.1 )式中： F 液压缸所受外负载； Fw 工作负载； Ff 滑块与导柱、活塞与缸筒之间的摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载，启动后为动摩擦力负载； Fa 运动执行部件速度变化时的惯性负载。(1) 惯性负载Fa计算 计算公式： Fa
6、 = ( 2.2 )式中： G 运动部件重量； g 重力加速度9.8m/；时间内的速度变化量；加速或减速时间，一般情况取=0.010.5s。查阅相同型号的四柱液压机资料，初步估算横梁滑块的重量为30KN。由液压机所给设计参数可及：=0.08m/s ，取=0.05s，代入公式2.2中。即：Fa = = 4898N(2) 摩擦负载Ff计算滑块启动时产生静摩擦负载，启动过后产生动摩擦负载。通过所有作用在主缸上的负载可以看出，工作负载远大于其它形式的负载。由于滑块与导柱、活塞与缸体之间的摩擦力不是很大，因而在计算主缸最大负载时摩擦负载先忽略不计。(3) 主缸负载F计算将上述参数Fa = 4898N 、
7、Fw = 2000000N代入公式2.1中。即： F = 2000000 + 4898 = 2004898N3) 主缸负载循环图 (1) 主缸工作循环各阶段外负载如表2.1表2.1 主缸工作循环负载工 作 循 环外 负 载启 动F = f静 + Fa25KN横梁滑块快速下行F = f动忽略不计工 进F = f动 + Fw2000KN快速回程F = f 回+ F背400 KN注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。(2) 主缸各阶段负载循环如图2.2图2.2 主缸负载循环图2.2.2 液压机顶出缸工况分析1) 顶出缸速度循环图根据液压机系统设计参数和表2.1中顶出缸活塞行
8、程为250mm，得到顶出缸的速度循环图如下：图2.3 顶出缸速度循环图2) 顶出缸负载分析主缸回程停止后，顶出缸下腔进油，活塞上行，这时会产生惯性、静摩擦力、动摩擦力等负载。由于顶出缸工作时的压力远小于主缸的工况压力，而且质量也比主缸滑块小很多，惯性负载很小，计算时可以忽略不计；同理摩擦负载与顶出力相比也很小，也可不计；工件顶出时的工作负载比较大，计算顶出缸的最大工作负载时可以近似等于顶出力。将参数代入公式2.1计算顶出缸的最大负载。即：F = Fw = 350000N式中： Fw 顶出力；3) 顶出缸负载循环图(1) 顶出缸工作循环各阶段外负载如表2.2表2.2 顶出缸工作循环负载工 作 循
9、 环外 负 载启 动F = F静 + Fa忽略不计顶出缸顶出F = = f 动 + Fw1750 KN快速退回F = f 动 + F背8 KN 注：“f静”表示启动时的静摩擦力，“f动”表示启动后的动摩擦力。 (2) 顶出缸各阶段负载循环如图2.4图2.4 顶出缸负载循环图2.3 液压系统原理图拟定2.3.1 液压系统供油方式及调速回路选择液压机工进时负载大，运动速度慢，快进、快退时的负载相对于工进时要小很多，但是速度却比工进时要快。为了提高液压机的工作效率，可以采用双泵或变量泵供油的方式。综合考虑，液压机采用变量泵供油，基本油路如图2.5所示。由于液压机工况时的负载压力会逐步增大，为了使液压
10、机处于安全的工作状态，调速回路采用恒功率变量泵调速回路。当负载压力增大时，泵的排量会自动跟着减小，保持压力与流量的乘积恒为常数，即：功率恒定，如图2.6所示。图2.5 液压机基本回路图1-液压缸 2-油箱 3-过滤器 4-变量泵 5-三位四通电磁换向阀图2.6 恒功率曲线图2.3.2 液压系统速度换接方式的选择 液压机加工零件的过程包括主缸的快进、工进、快退和顶出缸的顶出、快速回程。采用什么样的方式进行速度的安全、准确换接是液压机稳定工作的基础。为了达到控制要求，液压系统的速度换接通过行程开关控制。这种速度换接方式具有平稳、可靠、结构简单、行程调节方便等特点，安装也很容易。2.3.3 液压控制
11、系统原理图液压系统采用插装集成控制系统，该控制系统具有密封性好、流通能力大、压力损失小、易于集成等优点。液压机系统控制原理如图2.7所示。1、2、6、18、15、10、11-先导溢流阀 1S、2S、3S-行程开关 3、7-缓冲阀 14-单向阀 4、5、8、9、12、13、16、17、19、20-电磁换向阀 21-补油邮箱 22-充液阀 23、24-液压缸 25-压力表 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10-插装阀 26-变量泵 27-过滤器 28、29、30、31-梭阀图2.7 液压机插装阀控制系统原理图 液压系统控制过程分析 整个液压控制系统包括五个插装阀集成块，插装
12、阀工作原理分析如下： F1、F2组成进油调压回路，其中F1为单向阀，用于防止系统中液压油倒流回泵，F2的先导溢流阀2用于调整系统的压力，先导溢流阀1用于限制系统的最高压力，缓冲阀3与电磁换向4用于液压泵卸载和升压缓冲； F3、F4组成主缸23油液三通回路，先导溢流阀6是用于保证主缸的安全阀，缓冲阀7与电磁换向阀8用于主缸上腔卸压缓冲； F5、F6组成主缸下腔油液三通回路，先导溢流阀11用于调整主缸下腔的平衡压力，先导溢流阀10为主缸下腔安全阀； F7、F8组成顶出缸上腔油液三通回路，先导溢流阀15为顶出缸上腔安全阀，单向阀14用于顶出缸作液压垫，活塞浮动时上腔补油； F9、F10组成顶出缸下腔
13、油液三通回路，先导溢流阀18为顶出缸下腔安全阀。 除此之外，进油主阀F3、F5、F7、F9的控制油路上都有一个压力选择梭阀，用于保证锥阀关闭可靠，防止反压开启。2.3.5 液压机执行部件动作过程分析液压机主缸、顶出缸工作循环过程分析如下：1) 主缸 (1) 启动按下启动按钮，所有电磁铁处于失电状态，三位四通电磁阀4阀芯处于中位。插装阀F2控制腔经阀3、阀4与油箱接通，主阀开启。液压泵输出的油液经阀F2流回油箱，泵空载启动。 (2) 主缸滑块快速下行电磁铁1Y、3Y、6Y得电，这时插装阀F2关闭，F3、F6开启，泵向系统供油，输出油液经阀F1、F3进入主缸上腔。主缸下腔油液经阀F6快速流回油箱。
14、滑块在自重作用下快速下行，这时会因为下行速度太快，泵的输出流量来不及填充上腔而在上腔形成负压。充液阀21打开，上部油箱对上腔进行补油，滑块的快速下行。 (3) 滑块减速下行当滑块行至一定位置触动行程开关2S后，电磁铁6Y失电，7Y得电，插装阀F6控制腔先导溢流阀11接通，阀F6在阀11的调定压力下溢流，主缸下腔会产生一定的背压。主缸上腔的压力这时会相应升高，充液阀21关闭。主缸上腔进油仅为泵的输出流量，滑块减速下行。 (4) 工进当滑块减速行进一段距离后接近工件，主缸上腔的压力由压制负载决定，主缸上腔的压力会不断升高，变量泵输出流量会相应自动减少。当主缸上腔的压力达到先导溢流阀2的调定压力时，泵的输出流量全部经阀F2溢流，此时滑块停止运动。 (5) 保压当主缸上腔的压力达到所需要求的工作压力后，电接点压力表发出电信号，电磁铁1Y 、3Y、7Y全部失电，阀F3、F6关闭。主缸上腔闭锁，实现保压，同时阀F2开启，泵卸载。 (6) 主缸上腔泄压主缸上腔此时的压力已经很高，保压一段时间后，时间继电器发出电信号，电磁铁4Y得电，阀F4控制腔通过缓冲阀7及电磁换向阀8与油箱接通，由于缓冲阀7的作用，阀F4缓慢开启，主缸上腔实现无冲击泄压，保证设备处于安全工作状态。 (7)
