雙缸四柱式液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計和PLC控制畢業(yè)設(shè)計論文

摘要雙缸四柱液壓機應(yīng)用廣泛，是在加工工藝過程中極為常用的一種機械設(shè)備。該液壓機的組成部分包括主機和一個控制機構(gòu)，其中主機部分包括機架、主缸、頂出缸和它的充液裝置等。控制機構(gòu)則包括動力系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)。其中動力系統(tǒng)機構(gòu)是由油箱高壓泵和低壓控制系統(tǒng)以及這個電動機和不同的壓力閥或者是方向閥來組成的。而液壓控制系統(tǒng)是液壓機工作運轉(zhuǎn)的重要部分，它直接關(guān)系到液壓機的性能。液壓系統(tǒng)主要由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。雙缸四柱液壓機在工作的過程中各個部分所起的作用也是各不相同。液壓機的主機的作用是提供主要結(jié)構(gòu)；動力系統(tǒng)是提供動力；而液壓控制系統(tǒng)由動力系統(tǒng)驅(qū)動，通過控制液壓的方向和壓力，實現(xiàn)液壓機的工作過程。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化操作，采用電液聯(lián)合控制后，可以實現(xiàn)更高程度的自動控制以及遠程遙控。由于液壓傳動的工作介質(zhì)是流體礦物油，有較大的沿程和局部阻力損失。當系統(tǒng)的工作壓力比較高時，還會產(chǎn)生比較大的泄漏，泄漏的礦物油將直接對環(huán)境造成污染，有時候還容易引起安全事故。油液受溫度的影響很大，因此液壓油不能在很高或很低的溫度條件下工作。由于液壓油的可壓縮性和泄漏，液壓傳動不能保證恒定的傳動比和很高的傳動精度，這是液壓傳動的最大不足之處。此外，液壓傳動的故障排除不如機械傳動、電氣傳動那樣容易，因而對使用和維護人員有較高的技術(shù)水平要求。雖然液壓傳動存在這些缺陷，但總體上優(yōu)點還是蓋過了缺點，因而應(yīng)用還是很廣泛。雙缸四柱液壓機是一類結(jié)構(gòu)緊湊、動作輕快、耗能低下、操作易行的液壓機，受到廣泛的關(guān)注。在本次設(shè)計中通過查閱大量的文獻資料和動態(tài)性能仿真軟件，利用液壓機的結(jié)構(gòu)特點和PLC控制系統(tǒng)，通過泵，油缸及各種液壓閥實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和運輸來完成各種工藝動作，從而進一步設(shè)計出液壓機的液壓系統(tǒng)和PLC的系統(tǒng)設(shè)計。該液壓機的主要技術(shù)指標：公稱力6300KN,頂出力1000KN，滑塊行程900mm,頂出行程350mm，滑塊工作速度6-10mm/s,主要設(shè)計內(nèi)容如下：（1）對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計。主要包括系統(tǒng)的工作壓力、液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸、液壓元件的選擇、系統(tǒng)的制定方案、液壓的工作原理圖。（2）對PLC系統(tǒng)進行設(shè)計。主要包括PLC輸入輸出接線圖、PLC輸入輸出地址分配表、PLC程序編制、PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計與調(diào)試。關(guān)鍵詞:雙缸四柱液壓機；液壓系統(tǒng)；可編程控制器（PLC）AbstractWidelyusedparallelbarsfour-columnhydraulicpress,areverycommonlyusedintheprocessofmachiningprocessofakindofmechanicalequipment.Partofthehydraulicpress,includinghostandacontrolmechanism,inwhichthehostpartincludesframe,maincylinderandcylinderofpackoutandthechargingdevice,etc.Controlmechanismincludespowersystemandhydrauliccontrolsystem.Includingpowersystemorganizationismadeupoftankofhighpressurepumpandlowvoltagecontrolsystemanddirectionofthemotorandthedifferentpressurevalveorvalvetoform.Andhydrauliccontrolsystemisanimportantpartofhydraulicpressworkoperation,itisdirectlyrelatedtotheperformanceofthehydraulicpress.Hydraulicsystemismainlycomposedofpowerdevices,actuators,controlcomponentsandauxiliarycomponentsoffourparts.Parallelbarsfour-columnhydraulicpressintheprocessofworktheroleofeachpartisalsoeacharenotidentical.Hydraulicpressforthehost'sroleistoprovidethemainstructure;Powersystemistoprovidethepower;Andhydrauliccontrolsystemdrivenbypowersystem,bycontrollingthedirectionofthehydraulicpressureandpressure.Hydraulictransmissioniseasytorealizeautomationusingelectrohydrauliccombinedcontrol,canachieveahigherdegreeofautomaticcontrolandremotecontrol.Duetotheworkingmediumofhydraulicdriveisafluidmineraloil,thepathandthelocalresistancelosshasbigger.Whenthesystempressureishigher,butalsowillproducelargerleakage,leakageofmineraloilwilldirectdamagetotheenvironment,sometimeseasytocauseaccidents.Oilisaffectedbytemperatureisverylarge,sothehydraulicoilcannotworkunderhighorlowtemperatureconditions.Inaddition,thehydraulictransmissionoftroubleshootingnotaseasyasmechanicaldriveandelectricaldrive,andthustouseandmaintenancepersonnelhaveahigherleveloftechnicalrequirements.Althoughthehydraulicdrivethesedrawbacks,butoverallbenefitsstilloutweighthedisadvantages,andapplicationisveryextensive.Theparallelbarsfour-columnhydraulicpressisakindofcompactstructure,actionfasthydraulicpress,lowenergyconsumption,easyoperation,widelyattention.Inthisdesignbylookingatalargenumberofliteraturedataanddynamicperformancesimulationsoftware,usingthestructurecharacteristicsofthehydraulicpressandPLCcontrolsystem,throughthepump,oilcylinderandvarioushydraulicvalvetoachieveenergyconversion,controlandtransporttocompleteavarietyofprocessaction,thusfurtherdesignofhydraulicpresshydraulicsystemandPLCsystemdesign.Themaintechnicalindexesofthehydraulicpress:nominalpower6300kn,top1000kn,theoutputofthesliderstroke900mm,ejectionstroke350mm,thesliderworkingspeed6-10mm/s,themaindesigncontentisasfollows:（1）TOcarryonthedesignofhydraulicsystem.Mainlyincludesthestructureofthesystemworkingpressure,thehydrauliccylindersize,selectionofhydrauliccomponents,constitutingthesystemscheme,theworkingprincipleofhydraulicdrawing.

（2）TOPLCsystemdesign.MainlyincludesthePLCinputandoutputwiringdiagramandPLCI/oaddressallocationtable,PLCprogramming,trapezoidaldiagramofPLCcontrolsystemdesignanddebugging.Keywords:Theparallelbarsfour-columnhydraulicpress;Thehydraulicsystem;Theprogrammablecontroller(PLC)目錄TOC\o"1-3"\h\u2984第一章緒論 第一章緒論1.1液壓機的現(xiàn)狀概要液壓機自19世紀問世以來得到了很快的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，成了產(chǎn)品壓力加工成型不可或缺的機械設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，電子技術(shù)、液壓技術(shù)的不斷成熟，液壓機也得到了更進一步的發(fā)展。到目前為止，控制技術(shù)也由原來傳統(tǒng)的繼電器控制變?yōu)榭删幊炭刂破骱凸I(yè)計算機控制，這使液壓機的運行平穩(wěn)性、控制精度、產(chǎn)品質(zhì)量有了保證，同時生產(chǎn)效率得到了很大的提高。液壓機加工與傳統(tǒng)機械加工相比屬于無屑加工，應(yīng)用范圍廣泛，一般用于塑性材料的冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸等。液壓機還能實現(xiàn)復(fù)雜工件和不對稱工件的加工，產(chǎn)品廢品率較低。液壓機根據(jù)加工工件的不同性質(zhì)，還可進行適當?shù)膲毫π谐陶{(diào)整，滿足產(chǎn)品的加工要求。液壓機主要由主機、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)三部分組成。液壓機的整個工作過程的實現(xiàn)，首先是由電氣系統(tǒng)來控制液壓系統(tǒng)，然后再由液壓系統(tǒng)控制主機主缸和頂出缸的順序動作。綜上所述，液壓機操作簡單，維護方便。1.2雙缸四柱液壓機的概述雙缸四柱液壓機的機械及液壓裝置為基礎(chǔ)，配以可編程控制器，根據(jù)液壓機的工作過程，按照生產(chǎn)工藝要求進行自動控制。在以往我們的鉆機的自動化程度不高，效率不高，體積大系統(tǒng)的抗干擾能力差。而且操作比較繁瑣，增大了工人的工作量。所以在以后的社發(fā)展進程中機械相關(guān)設(shè)備與液壓系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合的方向會越來越多。利用PLC最具優(yōu)勢的開關(guān)量控制與自身具備的PTO控制及PID控制功能緊密結(jié)合，對液壓機的運行速度及液壓油溫進行控制。通過高精度比例溢流閥和PLC的模擬輸入輸出模塊對頂出缸的油壓進行控制,并結(jié)合板材變壓邊力成形工藝,在單動液壓機上實現(xiàn)變壓邊力控制。在板材成形過程中通過可編程控制終端對成形力、壓邊力及凸模行程進行實時監(jiān)視和控制。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章雙缸四柱液壓機總體設(shè)計沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章雙缸四柱液壓機總體設(shè)計第二章雙缸四柱液壓機總體設(shè)計2.1雙缸四柱液壓機主要指標參數(shù)（1）雙缸四柱液壓機主要技術(shù)參數(shù)見表2.1表2.1液壓機技術(shù)參數(shù)參數(shù)項參數(shù)公稱力（最大負載）6300KN工進時液體最大工作壓力25MPa主缸回程力400KN頂出缸頂出力1000KN主缸滑塊行程900mm頂出活塞行程350mm主缸滑塊距工作臺最大距離1100mm滑塊工作速度6～10mm/s工作臺的大小Φ100mm主缸快退速度0.03m/s頂出活塞頂出速度0.02m/s頂出活塞退回速度0.05m/s工作臺面大小根據(jù)設(shè)備穩(wěn)定性進行設(shè)計2200×1600，1600×1600,3250×2000（2）雙缸四柱液壓機的主要功能通過液壓傳動系統(tǒng)傳遞動力，完成零件的壓力成型加工。（3）雙缸四柱液壓機的適用范圍液壓機主要用于冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸、粉末冶金、翻邊、壓裝等成型工藝。2.2雙缸四柱液壓機工作原理分析2.2.1雙缸四柱液壓機的基本組成四柱液壓機主要由主機、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三部分組成。其中主機包括工作臺、導(dǎo)柱、滑塊、上缸、頂出缸等結(jié)構(gòu)；液壓系統(tǒng)由控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、動力裝置、工作介質(zhì)等組成；電氣控制控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)、電器控制柜等組成。2.2.2雙缸四柱液壓機的工作原理（1）雙缸四柱液壓機主機組成簡圖2.11-滑塊2-導(dǎo)柱3-工作臺4-安裝地基5-頂出缸6-主缸7-上橫梁8-輔助油箱圖2.1雙缸四柱液壓機主機組成簡圖（2）雙缸四柱液壓機工作原理分析雙缸四柱液壓機的動作順序通過電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)控制，控制順序框圖如圖2.2。圖2.2雙缸四柱液壓機控制順序圖從上面的控制順序框圖可以看出，液壓機的工作原理由電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，液壓控制系統(tǒng)再控制主機工作，主機動作觸及行程開關(guān)，將信號反饋給電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)循環(huán)控制。雙缸四柱液壓機工作循環(huán)分析雙缸四柱液壓機工作循環(huán)如圖2.3所示。圖2.3雙缸四柱液壓機工作循環(huán)圖雙缸四柱液壓機工作循環(huán)如圖2.3（a），滑塊在自重的作用下快速下行，碰到行程開關(guān)后由快進變?yōu)楣みM，隨后進行加壓、保壓。保壓時間完成后，滑塊快速回程，直到回到原來的位置，停止運動；圖2.3（b）表示頂出缸的工作循環(huán)過程，主缸快進、工進、保壓、退回停止后，頂出缸才運動，將工件頂出。2.3雙缸四柱液壓機工藝方案設(shè)計（1）控制方式的選擇采用液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)相結(jié)合的控制方式。具有調(diào)整、手動、半自動三種工作方式，可實現(xiàn)定壓、定程兩種加工工藝；（2）液壓系統(tǒng)：液壓油路采用封閉式回路，供油方式選用變量泵供油，液壓控制元件采用插裝閥形式。針對液壓機快進時供油不足以及工進時的高壓特性，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有補油和卸壓裝置；（3）電氣控制：采用繼電器、行程開關(guān)、接觸器、手動按鈕等元件進行手動、半自動控制；（4）主機：主機結(jié)構(gòu)形式采用“三梁四柱”的形式，主缸和頂出缸為執(zhí)行元件。2.4雙缸四柱液壓機總體布局方案設(shè)計總體布局如圖2.4所示1-主機2-液壓油管3-控制臺4-插裝閥5-液壓泵裝置6-液壓油箱7-電氣控制柜圖2.4四柱液壓機總體布局簡圖圖2.4為液壓機整體布局簡圖，分為三個部分，即：主機、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的所有部件都集中安裝在液壓油箱上，使液壓站布局結(jié)構(gòu)變得緊湊。電氣控制元件集中設(shè)計在電氣柜中。啟動、停止、快進、頂出、調(diào)整、等控制按鈕設(shè)置在控制臺上，方便及時操作。2.5雙缸四柱液壓機零部件設(shè)計2.5.1主機載荷分析參考表2.1，四柱液壓機的最大工作負載為6300KN，主缸回程力為400KN，頂出缸頂出力為1000KN。由于工作時的負載遠大于其它工況時的負載，因此在進行載荷設(shè)計時，取負載6300KN對液壓機進行受力計算。液壓機結(jié)構(gòu)形式為“三梁四柱”式，工進加壓的負載作用在橫梁和導(dǎo)柱上，受載時橫梁受壓，導(dǎo)柱受拉，受力如圖2.5所示F-負載T-導(dǎo)柱拉力圖2.5橫梁、導(dǎo)柱受力圖（1）導(dǎo)柱設(shè)計材料選擇：導(dǎo)柱在工作過程中主要承受拉力，材料必須具備較高的抗拉強度。導(dǎo)柱材料選擇45圓鋼，也可選用鍛件形式。熱處理要求：導(dǎo)柱除了承受拉力之外，外圓柱表面與滑塊之間還存在摩擦力。為了減少導(dǎo)柱表面的磨損，通過表面熱處理提高表面硬度增加表面耐摩性?？偟臒崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)和表面淬火。理論設(shè)計計算：液壓機的最大負載約為6300kN，通過力傳遞后，最后由四根導(dǎo)柱承受6300kN的拉力，作用在每根導(dǎo)柱上的拉力為1575kN。由許用拉應(yīng)力公式(2.1)，可計算導(dǎo)柱的安全直徑D。（2.1）式中：—許用應(yīng)力；取45鋼=80～100MPa；F—軸向拉力；A—橫截面積。即：圓整后取導(dǎo)柱直徑D=90mm，為了防止四根導(dǎo)柱因瞬間的受力不均而被破壞，導(dǎo)柱直徑可適當加大，取D=110mm。（2）橫梁設(shè)計材料選擇：橫梁工作時的受力為彎曲力，材料應(yīng)具有一定的抗彎強度。選用45鋼，毛坯采用鍛件。熱處理要求：橫梁進行調(diào)質(zhì)處理。理論計算校核：橫梁受力可以簡化為簡直梁,中間受載的情形，如圖2.6所示。圖2.6橫梁滑塊受力簡圖初步確定橫梁的長、寬、高尺寸分別為1310、1045、575mm，截面為矩形。即：在負載作用下的剪力和彎矩如圖2.7所示。圖2.7(a)剪力圖(b)彎矩圖由彎矩圖2.7(b)可知，橫梁C點1—1截面彎矩最大，該截面是危險截面。為了保證橫梁能夠正常工作，必須對該截面進行強度校核。正應(yīng)力計算公式為：(2.2)式中：—最大彎曲正應(yīng)力；—最大彎矩；—抗彎截面系數(shù)()。矩形截面抗彎系數(shù)W計算公式為：(2.3)式中：—矩形截面的寬；—矩形截面的高。即：45鋼的彎曲許用應(yīng)力[]=100MPa，而橫梁的最大彎曲應(yīng)力=8.1MPa，遠小于材料的許用應(yīng)力，經(jīng)過校核，設(shè)計尺寸滿足要求。2.5.2主機工作臺設(shè)計液壓機工作臺主要受壓，由于工作臺不是很高，剛度要求可以滿足，因此在設(shè)計計算時只要進行抗壓強度的校核即可，校核過程從略。材料選擇：工作臺主要受壓，材料選用鑄鋼45。工藝要求：機械加工時，工作臺表面做成T形槽，如圖2.8所示。圖2.8工作臺T形槽2.5.3控制臺設(shè)計材料選擇：控制臺主要用于安裝控制按鈕，不承受動載荷，強度要求不是很高，滿足使用要求即可，材料選用Q235A。加工工藝：控制臺的制作加工采用焊接方式完成。外形設(shè)計：控制臺外形尺寸設(shè)計應(yīng)考慮操作方便。外形簡圖如圖2.9所示。1-控制按鈕2-控制面板3-控制臺底座圖2.9液壓機控制臺外形簡圖 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章雙缸四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章雙缸四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計第三章雙缸四柱液壓機液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計要求3.1.1液壓機負載確定參考四柱液壓機技術(shù)參數(shù)表2.1可知，液壓機的最大工作負載為6300KN，工進時液體最大壓力為25MPa,由此確定液壓機設(shè)計負載為6300KN型四柱液壓機。3.1.2液壓機主機工藝過程分析壓制工件時主機的工藝過程：按下啟動按鈕后，主缸上腔進油，橫梁滑塊在自重作用下快速下行，此時會出現(xiàn)供油不足的情況，補油箱對上缸進行補油。觸擊快進轉(zhuǎn)為工進的行程開關(guān)后，橫梁滑塊工進，并對工件逐漸加壓。工件壓制完成后進入保壓階段，讓產(chǎn)品穩(wěn)定成型。保壓結(jié)束后，轉(zhuǎn)為主缸下腔進油，滑塊快速回程，直到原位后停止。橫梁滑塊停止運動后，頂出缸下腔進油，將工件頂出，工件頂出后，頂出缸上腔進油，快速退回。3.2液壓系統(tǒng)設(shè)計3.2.1液壓機主缸工況分析（1）主缸速度循環(huán)圖根據(jù)液壓機系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及表2.1中主缸滑塊行程為900mm，可以得到主缸的速度循環(huán)圖如下：圖3.1主缸速度循環(huán)圖（2）主缸負載分析液壓機啟動時，主缸上腔充油主缸快速下行，慣性負載隨之產(chǎn)生。此外，還存在靜摩擦力、動摩擦力負載。由于滑塊不是正壓在導(dǎo)柱上，不會產(chǎn)生正壓力，因而滑塊在運動過程中所產(chǎn)生的摩擦力會遠遠小于工作負載，計算最大負載時可以忽略不計。液壓機的最大負載為工進時的工作負載。通過各工況的負載分析，液壓機主缸所受外負載包括工作負載、慣性負載、摩擦阻力負載，即：F=Fw+Ff+Fa(3.1)式中：F—液壓缸所受外負載；Fw—工作負載；Ff—滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸筒之間的摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力負載，啟動后為動摩擦力負載；Fa—運動執(zhí)行部件速度變化時的慣性負載。a.慣性負載Fa計算計算公式：(3.2)式中：G—運動部件重量；g—重力加速度9.8m/；—時間內(nèi)的速度變化量；—加速或減速時間，一般情況取=0.01～0.5s。查閱相同型號的四柱液壓機資料，初步估算橫梁滑塊的重量為30KN。由液壓機所給設(shè)計參數(shù)可及：=0.08m/s,取=0.05s，代入公式3.2中。即：b.摩擦負載Ff計算滑塊啟動時產(chǎn)生靜摩擦負載，啟動過后產(chǎn)生動摩擦負載。通過所有作用在主缸上的負載可以看出，工作負載遠大于其它形式的負載。由于滑塊與導(dǎo)柱、活塞與缸體之間的摩擦力不是很大，因而在計算主缸最大負載時摩擦負載先忽略不計。c.主缸負載F計算將上述參數(shù)Fa=4898N，F(xiàn)w=6300000N代入公式3.1中。即：F=6300000+4898=6304898N（3）主缸負載循環(huán)圖a.主缸工作循環(huán)各階段外負載如表3.1表3.1主缸工作循環(huán)負載工作循環(huán)外負載啟動F=f靜+Fa≈5KN橫梁滑塊快速下行F=f動忽略不計工進F=f動+Fw≈6300KN快速回程F=f回+F背≈400KN注：“f靜”表示啟動時的靜摩擦力，“f動”表示啟動后的動摩擦力。b.主缸各階段負載循環(huán)如圖3.2圖3.2主缸負載循環(huán)圖3.2.2液壓機頂出缸工況分析（1）頂出缸速度循環(huán)圖根據(jù)液壓機系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)和表2.1中頂出缸活塞行程為250mm，得到頂出缸的速度循環(huán)圖如下：圖3.3頂出缸速度循環(huán)圖（2）頂出缸負載分析主缸回程停止后，頂出缸下腔進油，活塞上行，這時會產(chǎn)生慣性、靜摩擦力、動摩擦力等負載。由于頂出缸工作時的壓力遠小于主缸的工況壓力，而且質(zhì)量也比主缸滑塊小很多，慣性負載很小，計算時可以忽略不計；同理摩擦負載與頂出力相比也很小，也可不計；工件頂出時的工作負載比較大，計算頂出缸的最大工作負載時可以近似等于頂出力。將參數(shù)代入公式3.1計算頂出缸的最大負載。即：F=Fw=350000N式中：Fw—頂出力；（3）頂出缸負載循環(huán)圖a.頂出缸工作循環(huán)各階段外負載如表3.2表3.2頂出缸工作循環(huán)負載工作循環(huán)外負載啟動F=F靜+Fa忽略不計頂出缸頂出F==f動+Fw≈350KN快速退回F=f動+F背≈8KN注：“f靜”表示啟動時的靜摩擦力，“f動”表示啟動后的動摩擦力。b.頂出缸各階段負載循環(huán)如圖3.4圖3.4頂出缸負載循環(huán)圖3.2.3液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計a.液壓系統(tǒng)供油方式及調(diào)速回路的選擇液壓機工進時負載大，運動速度慢，快進、快退時的負載相對于工進時要小很多，但是速度卻比工進時要快。為了提高液壓機的工作效率，可以采用雙泵或變量泵供油的方式。綜合考慮，液壓機采用變量泵供油，基本油路如圖3.5所示。由于液壓機工況時的負載壓力會逐步增大，為了使液壓機處于安全的工作狀態(tài)，調(diào)速回路采用恒功率變量泵調(diào)速回路。當負載壓力增大時，泵的排量會自動跟著減小，保持壓力與流量的乘積恒為常數(shù)，即：功率恒定，如圖3.6所示。1-液壓缸2-油箱3-過濾器4-變量泵5-三位四通電磁換向閥圖3.5液壓機基本回路圖圖3.6恒功率曲線圖b.液壓系統(tǒng)速度換接方式的選擇液壓機加工零件的過程包括主缸的快進、工進、快退和頂出缸的頂出、快速回程。采用什么樣的方式進行速度的安全、準確換接是液壓機穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。為了達到控制要求，液壓系統(tǒng)的速度換接通過行程開關(guān)控制。這種速度換接方式具有平穩(wěn)、可靠、結(jié)構(gòu)簡單、行程調(diào)節(jié)方便等特點，安裝也很容易。c.液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)采用插裝集成控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)具有密封性好、流通能力大、壓力損失小、易于集成等優(yōu)點。液壓機系統(tǒng)控制原理如圖3.7所示。1－恒功率變量泵2－定量泵3、4－溢流閥5－遠程調(diào)壓閥6、21－電液換向閥7－壓力表8－電磁閥9－液控單向閥10－順序閥11－卸荷閥(帶阻尼孔)12－壓力繼電器13－單向閥14－充液閥（卸荷閥芯）15－充液閥16－主缸17－頂出缸18－溢流閥19－節(jié)流器20－背壓閥22－滑塊23－檔鐵圖3.7雙缸四柱液壓機的液壓系統(tǒng)原理圖d.液壓系統(tǒng)控制過程分析快速下行按下啟動按鈕。電磁鐵1DT、5DT通電吸合。低壓控制油使電液閥6切換至右位，同時經(jīng)閥8使液控單向閥9打開。泵1供油經(jīng)閥6右工位、單向閥13至主16上腔，而主缸下腔液壓油經(jīng)液控單向閥9、閥6右工位、閥21中位回油箱。實際上，此時主閥滑塊22在自重作用下快速下降，泵1的全部流量還不足以補充主腔上腔空處的容積，因而在上腔形成局部真空，置于液壓缸頂部的充液箱15內(nèi)的油液在大氣壓及油位作用下，經(jīng)液控單向閥14（充液閥）進入主缸上腔。慢速接近工件加壓當主缸滑塊22上的擋鐵23壓下行程開關(guān)XW2時，電磁鐵5DT斷電，閥8處于常態(tài)位，閥9關(guān)閉。主缸回油經(jīng)背壓（平衡）閥10、閥6右位、閥21中位至油箱。由于回油路上有背壓力，滑塊單靠自重就不能下降，油泵1供給的壓力油使之下行，下行速度減慢。這時主缸上腔壓力升高，充液閥14關(guān)閉。主泵1的壓力油推動活塞使滑塊慢速接近工件，當主缸活塞的滑塊22抵住工件后，阻力急劇增加，上腔油壓進一步提高，變量泵1的排油量自動減小，主缸活塞的速度變得更慢，以極慢的速度對工件加壓。保壓當主缸上腔的油壓達到預(yù)定值時，壓力繼電器12發(fā)出信號，）使電磁鐵1DT斷電，閥6回復(fù)中位，將主缸上、下油腔封閉。同時泵1經(jīng)閥6、閥21的中位卸荷。單向閥13保證了主缸上腔良好的密封性，主缸上腔保持高壓。保壓時間可由壓力繼電器12控制的時間繼電器調(diào)整。泄壓、快速回程保壓過程結(jié)束，時間繼電器12發(fā)出信號，使電磁鐵2DT通電（當定程壓制成型時，可由行程開關(guān)XW3發(fā)出信號），主缸處于回程狀態(tài)。為了防止液壓沖擊，保壓后必須先泄壓然后再回程。但由于液壓機油壓高，而主缸的直徑大，行程長，缸內(nèi)液體在加壓過程中受到壓縮而儲存相當大的能量。如果此時上腔立即與回油相通，則系統(tǒng)內(nèi)液體積蓄的彈性能突然釋放出來，產(chǎn)生液壓沖擊，造成機器和管路的劇烈振動，發(fā)出很大的噪聲，為此，保壓后必須先泄壓后再回程。當電液換向閥6切換至左位后，主缸上腔還未泄壓，壓力很高，卸荷閥11（帶阻尼孔）呈開啟狀態(tài)，主泵1的油經(jīng)閥6的左工位,閥11的回油。這時主泵1在較低壓力下運轉(zhuǎn)，此壓力不足以使主缸活塞回程，但能夠打開液控單向閥14的卸荷閥芯，主缸上腔的高壓油經(jīng)此卸荷閥芯的開口而泄回充液箱15，這是泄壓過程。這一過程持續(xù)到主缸上腔壓力降低到較低時，卸荷閥11關(guān)閉為止。主泵1的供油壓力升高,推開充液閥14的主閥芯。此時泵1的壓力油經(jīng)閥6的左位,液控單向閥9進入主缸下腔,而主缸上腔油液經(jīng)閥14回油到充液箱15實現(xiàn)主缸開始快速回程。3.3液壓元件的設(shè)計通過液壓系統(tǒng)的參數(shù)計算查閱液壓手冊，液壓元件選擇如表3.3所示：表3.3液壓元件明細表序號液壓元件名稱元件型號額定流量（L/min）1恒功率變量泵250YCY14-1B2502定量泵PUQ20-B2R-SS1S-21-C21-121403溢流閥YEF3-E25B1204溢流閥YEF3-E20B1205遠程調(diào)壓閥YF-L8H206電液換向閥D4-04-3C-AC1207壓力表YAF3-Ea20B1508電磁閥ZBSF-DN10-501209液控單向閥SV32P9010順序閥XD2F-B10H12011卸荷閥（帶阻尼孔）YXF-L104012壓力繼電器MJCS-02WL8013單向閥AF3-Eb20B10014充液閥（帶卸荷閥芯）SVF9015充液箱16主缸HSGK01-80/40E-521010017頂出缸HSGK01-80/40E-521010018溢流閥YEF3-E25B12019節(jié)流器GXGL-303020背壓閥24F3-E16B8021電液換向閥D4-04-3C-AC12022滑塊23擋鐵3.4液壓系統(tǒng)零部件設(shè)計3.4.1液壓機主缸設(shè)計通過表液壓缸基本尺寸的計算，可及主缸的內(nèi)徑、活塞桿直徑等參數(shù)。下面對主缸的其它參數(shù)進行具體設(shè)計。（1）主缸缸體材料選擇及技術(shù)要求液壓缸的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種形式，即：薄壁圓筒和厚壁圓筒。當液壓缸的內(nèi)徑D與壁厚δ的比值滿足D/δ≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。液壓缸的制造材料一般有鍛鋼、鑄鋼（ZG25、ZG35）、高強度鑄鐵、灰鑄鐵（HT200、HT350）、無縫鋼管（20、30、45）等。對于負載大的機械設(shè)備缸體材料一般選用無縫鋼管制造，主缸缸體材料選用無縫鋼管45。液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.4～0.8μm；內(nèi)徑配合采用H8～H9；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；缸體內(nèi)表面母線的直線度500mm長度之內(nèi)不大于0.03mm；缸體端面對軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm；如果缸體與端蓋采用螺紋連接，螺紋采用6H級精度。（2）主缸壁厚的確定壁厚計算公式如下：（3.9）式中：δ—液壓缸壁厚（m）；D—液壓缸內(nèi)徑（m）；—實驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍；[σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。鍛鋼：[σ]=110～120MPa；鑄鋼：[σ]=100～110MPa；高強度鑄鐵：[σ]=60MPa；灰鑄鐵：[σ]=25MPa；無縫鋼管：[σ]=100～110MPa。主缸壁厚δ計算，將D=0.32m；[σ]=110MPa；=1.4×25.5MPa=35.7MPa代入公式（3.9）中，即：液壓缸缸體的外徑D外計算公式如下：D外≥D＋2δ(3.10)將參數(shù)代入公式（3.10），即：D外≥0.32m＋0.104m＝0.426m外徑圓整為標準直徑系列后，取主缸缸體外徑D外＝430mm。（3）主缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計算公式如下：（3.11）式中：t—缸蓋的有效厚度(m)；D2—缸蓋止口直徑；[σ]—缸蓋材料許用應(yīng)力。即：圓整后取缸蓋厚度t=60mm。（4）主缸最小導(dǎo)向長度的確定當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離稱為最小導(dǎo)向長度，用H表示。如果導(dǎo)向長度太小，會因為間隙引起的撓度而使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定工作。一般而言，液壓缸的最小導(dǎo)向長度應(yīng)該滿足如下要求：(3.12)導(dǎo)向長度如圖3.10所示圖3.10主缸導(dǎo)向長度簡圖式中：L—液壓缸的最大行程；D—液壓缸的內(nèi)徑。由表1.1可知主缸的最大行程H=700mm，液壓缸內(nèi)徑D=320mm代入公式（3.12）中，求主缸的最小導(dǎo)向長度。即：為了保證最小導(dǎo)向長度H，不應(yīng)過分增大和B的大小，必要時可以在缸蓋和活塞之間增加一個隔套來增加最小導(dǎo)向長度。隔套的長度C可有公式（3.13）求得，即：(3.13)式中：B—活塞的寬度，一般取B=（0.6～1.0）D；—缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)液壓缸內(nèi)徑的不同有不同的算法，當D＜80mm時，取=（0.6～1.0）D；當D＞80mm時，取=（0.6～1.0）d。（5）主缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定活塞制造材料一般選用灰鑄鐵(HT150、HT200)、當缸體內(nèi)徑較小時，整體式結(jié)構(gòu)的活塞選用35鋼、45鋼。主缸活塞選用灰鑄鐵HT200?；钊圃鞎r外圓柱表面的粗糙度為Ra0.8～1.6μm；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7?；钊麑挾认禂?shù)取0.8，即活塞的寬度B=0.8D=0.8×320mm=256mm。圓整后取活塞寬度B=260mm。查表2-10[1],液壓機主缸工況時的壓力大，泄漏量也會隨壓力成正比升高，因此密封圈選用Y形密封圈，這種密封圈能承受的大的工作壓力，泄漏量小。（6）主缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實心兩種結(jié)構(gòu)形式?？招臅r一般選用35鋼、45鋼的無縫鋼管；實心結(jié)構(gòu)選用35鋼、45鋼。主缸活塞桿選用45鋼?；钊麠U制造時外圓柱面粗糙度為Ra0.4～0.8μm；熱處理要求調(diào)質(zhì)20～25HRC；外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；外徑表面直線度在500mm上不大于0.03mm；活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用H8/f7，與活塞連接的配合公差采用H7/g6。由滑塊的行程，確定活塞桿的長度L桿=1250mm。（7）主缸長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸還應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總體而言，液壓缸缸體的長度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍，即：L≤（20～30）D。由主缸行程為700mm，活塞寬度為260mm,缸蓋厚度為60mm，通過計算可知，主缸的長度取L缸=1080mm。（8）活塞桿穩(wěn)定性校核活塞桿工作中主要受壓，當液壓缸的支承長度Lb≥(10～15)d時，必須對活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進行校核,d為活塞桿直徑。通過計算可知，Lb的最大值不可能大于L桿+L缸=2330mm，而(10～15)d=2500～3750mm。將參數(shù)代入Lb≥(10～15)d中，比較后Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時不會失穩(wěn)。（9）主缸結(jié)構(gòu)設(shè)計a.缸體與端蓋的連接形式缸體與端蓋的連接形式通常有法蘭連接、螺紋連接、外半環(huán)連接、內(nèi)半環(huán)連接等形式。由于液壓機工況時缸體內(nèi)的壓力很大，所以缸體與端蓋的連接方式選用法蘭形式。b.活塞桿與活塞的連接形式活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)有整體式結(jié)構(gòu)、螺紋連接、半環(huán)連接、錐銷連接等連接形式。主缸活塞與活塞桿的連接選用螺紋連接形式。c.活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)形式活塞桿的導(dǎo)向部分包括端蓋、導(dǎo)向套、密封、防塵和鎖緊結(jié)構(gòu)。工程機械中導(dǎo)向套一般安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，有利于導(dǎo)向套的潤滑。d.緩沖與排氣裝置液壓機運動時的質(zhì)量大，快進時的速度快，這樣活塞在到達行程中點時，會產(chǎn)生液壓沖擊，甚至活塞與缸筒端蓋會產(chǎn)生機械的碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端要設(shè)置緩沖裝置。一般緩沖裝置有環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置、可調(diào)節(jié)流緩沖裝置、三角槽式節(jié)流緩沖裝置。大型液壓缸需要有穩(wěn)定的運動速度，這樣需要設(shè)置排氣裝置，防止空氣在傳動時對系統(tǒng)傳動精度有影響。排氣閥安裝在液壓缸兩端的最高處，雙作用液壓鋼需要設(shè)兩個排氣閥。3.4.2液壓機頂出缸設(shè)計（1）頂出缸缸體材料選擇及制造技術(shù)要求頂出缸工作時的最大工作壓力為12.5MPa，比主缸的要小，為了保證頂出缸安全工作，缸體材料也選用無縫鋼管45。缸體的制造要求應(yīng)該滿足液壓缸內(nèi)圓柱表面粗糙度為Ra0.4～0.8μm；內(nèi)徑配合采用H8～H9；內(nèi)徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；缸體內(nèi)表面母線的直線度500mm長度之內(nèi)不大于0.03mm；缸體端面對軸線的垂直度在直徑每100mm上不大于0.04mm。（2）頂出缸壁厚的確定將D=0.2m；[σ]=110MPa；=1.3×12.5MPa=16.25MPa代入公式（3.9）中，即：將D=0.2m；取δ=0.02m代入公式（3.10），即：D外≥0.2m＋0.04m＝0.24m外徑圓整為標準直徑系列后，取主缸缸體外徑D外＝240mm。（3）頂出缸缸蓋材料、厚度的確定缸蓋常用制造材料有35鋼、45鋼、鑄鋼，做導(dǎo)向作用時常用鑄鐵、耐磨鑄鐵。頂出缸缸蓋材料選用35鋼，缸蓋厚度計算公式見（3.11）：即：取缸蓋厚度t=25mm。（4）頂出缸最小導(dǎo)向長度的確定由表2.1可知頂出活塞行程L=350mm，頂出缸內(nèi)徑D=200mm，代入公式(3.12)，即：頂出缸活塞材料、技術(shù)要求、外形尺寸及密封方案的確定頂出缸活塞外圓柱表面的粗糙度為Ra0.8～1.6μm；外徑圓度、圓柱度不大于外徑公差的一半；外徑對內(nèi)孔的徑向跳動不大于外徑公差的一半；端面對軸線垂直度在直徑100mm上不大于0.04mm；外徑用橡膠密封圈密封的公差配合取f7～f9，內(nèi)孔與活塞桿的配合取H8/f7。計算活塞寬度時區(qū)寬度系數(shù)為0.8，即活塞的寬度B=0.8D=0.8×200mm=160mm。取活塞寬度B=160mm。液壓機頂出缸工況時的工作壓力比主缸要小很多，密封圈選用O形密封圈。頂出缸活塞選用灰鑄鐵HT200。（6）頂出缸活塞桿材料、技術(shù)要求及長度確定活塞桿有空心和實心兩種結(jié)構(gòu)形式?？招臅r一般選用35鋼、45鋼的無縫鋼管；實心結(jié)構(gòu)選用35鋼、45鋼。頂出缸活塞桿選用35鋼?；钊麠U外圓柱面粗糙度為Ra0.4～0.8μm；熱處理要求調(diào)質(zhì)20～25HRC；外徑圓度、圓柱度不大于直徑公差的一半；外徑表面直線度在500mm上不大于0.03mm；活塞桿與導(dǎo)向套之間的配合公差采用H8/f7，與活塞連接的配合公差采用H7/g6。由頂出活塞的行程，確定活塞桿的長度L桿=705mm。（7）頂出缸長度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長度等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形尺寸應(yīng)考慮兩端端蓋的厚度，總之，液壓缸缸體的長度L不應(yīng)該大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍，即：L≤（20～30）D。由主缸行程為250mm，活塞寬度為160mm,缸蓋厚度為25mm，通過計算可知，主缸的長度取L缸=650mm。（8）活塞桿穩(wěn)定性校核當液壓缸的支承長度Lb≥(10～15)d時，應(yīng)該對活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進行校核,d為活塞桿直徑。通過計算可知，Lb的最大值不可能大于L桿+L缸=1355mm，而(10～15)d=2000～3000mm。將參數(shù)代入Lb≥(10～15)d中，比較后Lb＜(10～15)d，活塞桿滿足使用要求，工作時不會失穩(wěn)。3.4.3液壓油管設(shè)計液壓傳動裝置中，常用的液壓油管有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。鋼管承受的壓力高，彎曲半徑不能太小，彎制時比較困難。對于高壓系統(tǒng)液壓油管一般選用無縫鋼管；紫銅管承受的工作壓力一般在6.3～10MPa。紫銅管加熱軟化后可進行彎曲，比鋼管容易彎制，價格昂貴，抗振性較弱；尼龍管主要用于低壓系統(tǒng)；塑料管承受的工作壓力比較小，一般用于液壓系統(tǒng)的回油路中；膠管有高壓管和低壓管兩種，而者的區(qū)別在于骨架組成不同。高壓膠管是鋼絲編制體或鋼絲纏繞為骨架，可用于較高的油路中。低壓膠管的組成骨架是麻線或棉線編制體，多用于壓力較低的油路中。通過液壓機主缸、頂出缸工作壓力的計算可知，主缸的最大工作壓力約為25.5MPa,頂出缸的工作壓力約為12.5MPa。主缸工作壓力較高，油管選用無縫鋼管，頂出缸油路油管選用高壓膠管。油管的內(nèi)徑可由公式（3.14）求得(3.14)式中：—油管內(nèi)徑(mm)；—油路通過最大流量(L/min)；—油管中允許流速m/s。（1）主缸液壓油管內(nèi)徑計算進油油管內(nèi)徑確定：主缸快進所需流量=385.8L/min，而泵的額定流量q=250L/min,取油管允許流速=4m/s，代入公式(3.14),即：圓整后，取;壁厚t=5mm?；赜陀凸軆?nèi)徑確定：主缸快退所需流量=76.2L/min，取油管允許流速=4m/s，代入公式(3.14)，即：圓整后，取,壁厚t=4.5mm。（2）頂出缸液壓油管內(nèi)徑計算進油油管內(nèi)徑D2確定：頂出缸頂出所需流量=37.8L/min，取油管允許流速v=4m/s，代入公式(3.14)，即：圓整后，取回油油管內(nèi)徑確定：頂出缸回程所需流量q=48L/min，取油管允許流速v=4m/s，代入公式(3.14)，即：圓整后，取3.4.4液壓油箱設(shè)計液壓油箱主要作用是貯存液壓油、分離液壓油中的空氣和雜質(zhì)，同時還起到散熱的作用。（1）油箱有效容積的確定液壓油箱根據(jù)系統(tǒng)壓力的不同，有效容積的確定也不一樣。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)該超過液壓油箱高度的80%。低壓、中壓、高壓系統(tǒng)油箱的有效容積V確定算法如下：低壓系統(tǒng)(P≤2.5MPa)：V=(2～4)(3.15)中壓系統(tǒng)(P≤6.3MPa)：V=(5～7)(3.16)中高壓或高壓系統(tǒng)(P＞6.3MPa)：V=(6～12)(3.17)式中：V—液壓油箱有效容積；—液壓泵額定流量。液壓機屬于高壓系統(tǒng)，油箱的有效容積可由公式(3.17)求出，即：V=9=7×250L=1750L（2）油箱外形尺寸確定油箱的有效容積確定后，液壓油箱外形尺寸長、寬、高的比值一般為：1:1:1～1:2:3。為了提高冷卻效率，安裝位置不受影響時，可適當增大油箱的容積。液壓油箱的外形尺寸為：長×寬×高=1000×760×690(mm)。（3）油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓油箱材料一般選用Q235A鋼板，通過焊接的方式連接。油箱的結(jié)構(gòu)組成一般包括隔板、吸油管、回油管、頂蓋、清洗孔、油面指示、吊鉤、加熱與冷卻裝置等。隔板主要是為了增加液壓油的流動時間，除去沉淀的雜質(zhì)，分離清除水和空氣，調(diào)節(jié)溫度，吸收液壓油壓力波動及防止液面的波動。吸油管前應(yīng)設(shè)有過濾器，過濾器與箱底間的距離應(yīng)不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液面以下，防止吸油時吸入空氣，使空氣混入系統(tǒng)；回油管出口有直口、斜口、彎管直口、帶擴散器的出口等形式，一般采用45°斜口。為防止液面波動，可在出口設(shè)擴散器或?qū)⒒赜凸懿迦胍好嬉韵拢话憔嚯x油箱底面的距離大于300mm。為了不讓進油、回油相互影響，用隔板將其隔開，兩管的斜口方向還應(yīng)一致，而不是相對。頂蓋用于安裝液壓泵、閥組、動力裝置、空氣濾清器。泵和動力裝置安裝時底座應(yīng)該與頂蓋分開，另外制做。頂蓋與油箱要有好的密封性，防止泄漏的油液直接進入油箱而污染油液；清洗孔用于清洗油箱內(nèi)的角落和取出油箱內(nèi)的元件；油面指示用于油箱內(nèi)最高、最低油位；吊鉤方便裝配和搬運。3.5液壓站布局設(shè)計液壓站由液壓油箱、液壓泵裝置、液壓控制裝置三部分組成。其中，液壓油箱包括空氣濾清器、過濾器、油面指示器和清洗孔；液壓泵裝置包括液壓泵、驅(qū)動電機和聯(lián)軸器等；液壓控制裝置包括各種液壓閥和聯(lián)接體。（1）四柱液壓機液壓站結(jié)構(gòu)形式的選擇液壓站的結(jié)構(gòu)形式通常有兩種，即：分散式、集中式。分散式液壓站結(jié)構(gòu)緊湊，泄漏油容易回收，節(jié)省占地面積，但安裝維修不方便，一般較少采用；集中式液壓站安裝維修方便，液壓裝置產(chǎn)生的振動、發(fā)熱、都與主機隔開，不影響主機的工作精度。液壓機選用集中式液壓站。（2）液壓泵安裝方式的選擇液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動電機和聯(lián)軸器，安裝方式有立式和臥式兩種。立式安裝將液壓泵和與之相連的油管放在油箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，美觀，吸油條件好，但是安裝維修不方便，散熱條件不好；臥式安裝與立式恰好相反，安裝維護方便、散熱性好。液壓機的液壓泵裝置采用臥式安裝方式。（3）電動機與液壓泵聯(lián)接方式的選擇電動機與液壓泵的聯(lián)接方式有法蘭式、支架式、支架法蘭式。電動機與液壓泵的聯(lián)接方式采用支架法蘭式。為了防止安裝時同軸度誤差的影響，聯(lián)軸器選用彈性聯(lián)軸器。（4）液壓站布局簡圖雙缸四柱液壓機液壓站布局如圖3.11所示1-空氣濾清器2-插裝閥3-油管4-液壓泵5-電動機6-吊鉤7-油箱8-清洗孔9-放油塞10-液面指示器圖3.11四柱液壓機液壓站布局簡圖沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章雙缸四柱液壓機液壓機的液壓系統(tǒng)主要性能計算沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章雙缸四柱液壓機液壓機的液壓系統(tǒng)主要性能計算第四章雙缸四柱液壓機的液壓系統(tǒng)主要性能計算4.1液壓系統(tǒng)壓力損失計算四柱液壓機執(zhí)行部件有主缸和頂出缸，主缸的進、回油管直徑分別為：40mm、25mm；頂出缸的進、回油管直徑分別為16mm、16mm。液壓油選用L-HL32液壓油，15℃時該油液的運動粘度,油液密度（1）主缸各工況時的壓力損失計算a.工進時進油路、回油路的壓力損失工進時運動部件最大速度為0.006m/s，工進時最大流量為28.8L/min，則液壓油在油管中的流速為：管道流動雷諾數(shù)為＜2300，油液在管道內(nèi)流動為層流，沿程阻力系數(shù),進油管長度為8m，沿程壓力損失為：閥的壓力損失；,那么進油路總的壓力損失為：=+=工進時回油管的最大流量為：回油管中液壓油的流速為：管道流動雷諾數(shù)為＜2300，油液在管道內(nèi)流動為層流，沿程阻力系數(shù)。進油管長度為6m，沿程壓力損失為：閥的壓力損失；調(diào)速閥壓力損失;那么回油路總的壓力損失為：=++==泵的出口壓力為：≈20.9MPab.快進、快退時的壓力損失主缸快進時由于供油不足，泵口的壓力很小；快退時的負載為400kN，與工進時的負載6300kN相比要小，這樣回路中的壓力損失比工進時要小，泵的出口壓力也比工進時小，具體驗算過程從略。（2）頂出缸各工況時的壓力損失計算a.工件頂出時進油路、回油路的壓力損失頂出缸頂出速度為0.02m/s，需要的最大流量為37.8L/min，進油管直徑D=16mm，則液壓油在油管中的流速為：管道流動雷諾數(shù)為＜2300，油液在管道內(nèi)流動為層流，沿程阻力系數(shù)。進油管長度為6m，沿程壓力損失為：閥的壓力損失；那么進油路總的壓力損失為=+=回油管直徑D=16mm，工進時回油管的最大流量為：回油管中液壓油的流速為：管道流動雷諾數(shù)為＜2300，油液在管道內(nèi)流動為層流，沿程阻力系數(shù)。進油管長度為5m，沿程壓力損失為：閥的壓力損失；調(diào)速閥壓力損失；那么回油路總的壓力損失為：=++=泵的出口壓力為：≈9.6MPab.快進、快退時的壓力損失頂出缸回程時只有摩擦負載存在，比頂出負載350kN要小，因此回程時液壓泵的壓力比頂出時要小，具體驗算過程從略。通過對主缸、頂出缸各工況的壓力損失驗算可知，液壓系統(tǒng)的油路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)選擇滿足要求。4.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計算對液壓機進行系統(tǒng)溫升驗算，只要驗算發(fā)熱量最大的那個工況就可行。液壓缸各工況輸入功率前面計算電動機功率時已經(jīng)計算出，現(xiàn)在只要計算液壓缸各工況的輸出功率。主缸工進時輸入、輸出功率分別為：工進時系統(tǒng)發(fā)熱功率:主缸快退時輸入、輸出功率分別為：快退時系統(tǒng)發(fā)熱功率:頂出缸的工況壓力比主缸小，系統(tǒng)的溫升功率不會超過主缸的溫升功率，這里就不對頂出缸溫升功率進行具體計算了。通過計算可知，主缸的最大發(fā)熱功率為5.5kw。系統(tǒng)溫升計算公式如下：(3.18)式中：—系統(tǒng)溫升；—發(fā)熱功率；—油箱散熱面積；—油箱散熱系數(shù)。自然冷卻通風(fēng)很差時，=(8～9)×；自然冷卻通風(fēng)良好時，=(15～17.5)×；有專用冷卻器時，=(110～170)×。液壓機散熱條件一般，取散熱系數(shù)=10×。油箱的散熱面積A的計算公式為：(3.19)即：將=5.5kw；;=10×代入公式(2.18),求系統(tǒng)溫升，即：查資料可知，允許的最高油溫[T]，對于一般機床[T]=55～70℃；對于工程機械[T]=65～80℃。通過溫升驗算可知，系統(tǒng)溫升在許可油溫范圍內(nèi)，滿足要求。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章雙缸四柱液壓機液壓機的控制系統(tǒng)設(shè)計沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章雙缸四柱液壓機液壓機的控制系統(tǒng)設(shè)計第五章雙缸四柱液壓機的控制系統(tǒng)設(shè)計5.1控制系統(tǒng)概述四柱液壓機的電氣控制系統(tǒng)通常采用繼電器控制、PLC控制、工業(yè)計算機控制等方式。繼電器控制和PLC控制是目前用的最多的控制方式。繼電器控制系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器、按鈕、形成開關(guān)等元件組成。繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，價格低廉，抗干擾能力強，但固定的接線方式，使繼電器控制的通用性和靈活性差；PLC控制系統(tǒng)主要由CPU、存儲器、輸入輸出接口、編程器等元件組成。PLC控制具有編程簡單，維護方便，通用性強，體積小，設(shè)計調(diào)試期短，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，價格比繼電器控制系統(tǒng)貴。5.2雙缸四柱液壓機控制系統(tǒng)方案設(shè)計5.2.1雙缸四柱液壓機控制方案選擇液壓機工況少，各工況動作不復(fù)雜，執(zhí)行部件運動都是簡單的直線運動。綜合分析，繼電器控制系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)液壓機各工況動作的完成，液壓機電氣控制選用繼電器控制。5.2.2PLC控制要求與總體控制方案（1）PLC控制系統(tǒng)達到的控制要求能夠?qū)崿F(xiàn)手動、半自動控制；能夠準確實現(xiàn)速度的換接控制；系統(tǒng)過載時自動啟動過載保護；為隨時了解系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)，設(shè)置工況指示燈；系統(tǒng)穩(wěn)定性好，能夠保證液壓機安全正常的工作。（2）PLC系統(tǒng)總體控制方案液壓泵由電機拖動；快進、工進之間速度的換接通過行程開關(guān)控制；工進保壓時間通過時間繼電器控制；滑塊的安全行程范圍由行程開關(guān)限制；通過電磁換向閥控制每個工況的動作的開始；電磁換向閥的接通通過按鈕或壓力信號控制；液壓機啟動、停止通過按鈕控制。5.3雙缸四柱液壓機PLC控制電路設(shè)計5.3.1雙缸四柱液壓機主電路設(shè)計液壓機拖動電機容量小，主電路的啟動方式采用直接啟動。QS為電源開關(guān)，熔斷器FU1對主電路起短路保護作用，熔斷器FU2對控制電路起短路保護作用。熱繼電器FR起過載保護作用。按下啟動按鈕SB2后，線圈KM得電，電動機啟動，液壓機開始工作。主電路如圖4.1所示。圖4.1雙缸四柱液壓機主電路圖5.3.2雙缸四柱液壓機控制電路設(shè)計控制電路主要控制主缸的快進、工進、保壓、回程和頂出缸的頂出、退回。其中速度換接通過行程開關(guān)來控制，保壓由壓力繼電器控制，保壓時間由時間繼電器控制，頂出缸的啟動、退回由手動按鈕控制。為方便觀察液壓機處于那個工況，設(shè)置信號指示燈。為了預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生，應(yīng)設(shè)置急停按鈕?？刂齐娐啡鐖D4.2所示。圖4.2雙缸四柱液壓機控制電路圖5.3.3PLC控制過程分析（1）主缸快進將開關(guān)置于自動檔，按下SB2，交流接觸器KM得電，電動機啟動。中間繼電器KA1相繼得電，電磁閥1DT、5DT得電。此時液壓系統(tǒng)向主缸上腔供油，在補油油箱的協(xié)助下主缸快速下行；（2）主缸保壓當主缸無桿腔的壓力達到壓力繼電器設(shè)定壓力后，YJ閉合，所有電磁換向閥失電，進行保壓；（4）主缸泄壓保壓一段時間后，中間繼電器KA3得電，電磁換向閥2DT、順序閥11得電，主缸上腔開始泄壓；（5）主缸退回泄壓完成后，中間繼電器KA4得電，電磁閥2DT得電，主缸下腔進油，滑塊回程，觸及行程開關(guān)SQ1，運動停止；（6）工件頂出按下按鈕SB4，中間繼電器KA5得電，電磁換向閥1DT、4DT、5DT得電，頂出缸下腔進油，活塞桿上行將工件頂出；（7）頂出缸退回按下按鈕SB5，中間繼電器KA6得電，電磁換向閥3DT得電，液壓油進入頂出缸上腔，頂出缸回程。（8）停機按下SB0或SB1，液壓機停止工作。如果液壓機接入狀態(tài)為自動檔，按下SB3也可使液壓機停止運行。5.4PLC系統(tǒng)設(shè)計5.4.1PLC輸入輸出地址分配表表5.1PLC輸入地址分配表對應(yīng)外部設(shè)備地址自動啟動按鈕I0.0回程到位及上死點接近開關(guān)I0.1快轉(zhuǎn)慢接近開關(guān)I0.2光柵保護輸入I0.3下死點接近開關(guān)I0.4頂出缸頂出接近開關(guān)I0.5頂出缸退回接近開關(guān)I0.6壓力設(shè)定電接點I0.7手動啟動低壓油泵電機I1.0停止按鈕I1.1手動壓制按鈕I1.2手動回程按鈕I1.3手動頂出按鈕I1.4手動退回按鈕I1.5自動/手動選擇開關(guān)I1.6高速控制開關(guān)I1.7中速控制開關(guān)I2.0低速控制開關(guān)I2.1加熱/冷卻選擇開關(guān)I2.2手動啟動主油泵電機I2.3表5.2PLC輸出地址分配表脈沖輸出Q0.0回程電液閥Q0.1快行電液閥Q0.2頂出電液閥Q0.3退回電液閥Q0.4下行電液閥Q0.5低壓油泵電機Q0.6時間繼電器Q0.7主油泵電機星-三角啟動1Q1.0主油泵電機星-三角啟動2Q1.1主油泵電機星-三角啟動3Q1.2步進電機旋轉(zhuǎn)方向Q1.3油溫冷卻進水閥Q1.4加熱元件QPLC輸入輸出接線圖根據(jù)設(shè)計要求給出PLC控制系統(tǒng)的輸入輸出接線圖，如圖5.4所示。5.4.3P5.4.4PLC控制梯形圖設(shè)計沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文參考文獻沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文結(jié)論結(jié)論本文重點對液壓機的液壓控制回路、液壓元件及安全保護措施等進行了方案設(shè)計。經(jīng)多方案對比之后，本文液壓系統(tǒng)采用插裝閥集成控制系統(tǒng)。該液壓控制系統(tǒng)解決了普通閥系統(tǒng)密封性差、通流量小、壓力損失大等問題。為了讓系統(tǒng)的工作壓力隨負載的變化而自動調(diào)節(jié)，液壓泵選用恒功率變量柱塞泵。為解決液壓沖擊對設(shè)備安全的影響，系統(tǒng)中設(shè)置泄壓回路。通過泄壓來降低系統(tǒng)的壓力，防止產(chǎn)生液壓沖擊；設(shè)置保壓回路讓工件有足夠的成型時間，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。速度換接通過行程開關(guān)來控制，這種換接方式，控制比較可靠，設(shè)備安裝方便，價格也實惠。通過流量計算發(fā)現(xiàn)主缸快進時會出現(xiàn)供油不足的情況，為了解決這一問題，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置補油油箱。整體的方案確定后，對液壓系統(tǒng)的可行性進行校驗，該液壓系統(tǒng)可以滿足液壓機的加工工藝要求。此外，還對主機、電氣控制系統(tǒng)進行了簡明的總體設(shè)計。液壓機在進行方案設(shè)計時，有些方案的選擇可能不是最佳?？傮w來說，本文的總體設(shè)計方案可以滿足液壓機的加工工藝要求。（1）本次課程設(shè)計中所設(shè)計的四柱液壓壓力機液壓系統(tǒng)能夠完成：主缸（上液壓缸）驅(qū)動上滑塊實現(xiàn)“快速下行—慢速加壓—保壓延時—快速返回—原位停止”的動作循環(huán)。頂出缸（下液壓缸）驅(qū)動下滑塊實現(xiàn)：“向上頂出—停留—快速返回—原位停止”的動作循環(huán)。（2）液壓系統(tǒng)用行程閥控制主缸快進到工進的程序換接，用電接點壓力表控制表壓開始和卸壓結(jié)束，采用變量泵作為動力元件，三相異步電動機驅(qū)動液壓泵。采用雙作用單出桿活塞缸作為液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件。（3）所設(shè)計壓力機能夠完成用靜壓力來加工金屬，塑料，橡膠制品。（4）本設(shè)計中所有數(shù)據(jù)均通過查閱機械設(shè)計手冊得到，所選元件均為標準件。（5）在本次設(shè)計中由于時間所限，沒有進行對部分復(fù)雜條件影響的計算，忽略了部分微小的作用力，與實際設(shè)計情況有一定的脫節(jié)，希望在今后的設(shè)計中能夠繼續(xù)完善。參考文獻[1]楊培元，朱福元．液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊．［Ｍ］北京：機械工業(yè)出版社，1999，1-191.[2]吳宗澤,羅圣國．機械設(shè)計課程設(shè)計手冊．第二版.北京：高等教育出版社，1999，1-260.[3]汪愷．機械設(shè)計標準應(yīng)用手冊．第2卷.［Ｍ］北京：機械工業(yè)出版社，1997，213-226.[4]汪愷．機械設(shè)計標準應(yīng)用手冊．第3卷.［Ｍ］北京：機械工業(yè)出版社，1996，22-3-22-182.[5]Renishawplc.DatasheetforNewimprovedopticallinearencoders[Z],2005.[6]JB3915-85.液壓機安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國機械工業(yè)部,1985～02～08發(fā)布.[7]GB9166-88.四柱液壓機精度.北京:國家標準局,1988～05～05發(fā)布.[8]Z.J.Lanskyetc.IndustrialPneumaticControl[M].NewYork.1986.[9]張從軍，等.剪切強度試驗機的電液伺服控制系統(tǒng)[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002，31（1）：62-65.[10]左建民.泵控容積調(diào)速系統(tǒng)中的實時控制研究[J].機床與液壓，1996.5.[11]左建民，等.泵控系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣傳動1997.2.[12]王建中，李洪.公差與制圖手冊沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1999.1.[13]王運炎，葉尚川.機械工程材料第二版北京：機械工業(yè)出版社1998.[14]許福玲，陳堯明．液壓傳動與氣壓傳動．第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2004，1-290.[15]章宏甲，黃宜，王積偉．液壓傳動與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2000，1-356.[16]劉鴻文．材料力學(xué)(Ⅰ)．第四版.北京：高等教育出版社，2004，1-366.[17]高安邦，張海根．機電傳動控制.北京：高等教育出版社，2001，1-215.[18]陳立定，吳玉香，蘇開才．電氣控制與可編程控制器.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001，5-148.[19]陳立定，吳玉香，蘇開才．電氣控制與可編程控制器.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001，5-148.[20]陳遠齡、黎亞元、傅國強.機床電氣的自動控制重慶大學(xué)出版社.[21]秦曾煌.電工學(xué)，北京：高等教育出版社，2003.2[22]李發(fā)海、王巖.電機與拖動基礎(chǔ).第二版.北京：清華大學(xué)出版社.1994.[23]趙程、楊建民.機械工程材料，北京：機械工業(yè)出版社2003.1.[24]王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機械工業(yè)出版社2000.2.[25]朱理.機械原理，北京：高等教育出版社，2004.4.[26]李愛華等.工程制圖基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，2003.8.沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文致謝沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文致謝致謝經(jīng)過幾個月的努力，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。由于實踐經(jīng)驗的匱乏，本次設(shè)計難免有考慮不周的地方。如果沒有導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)以及本組人員的支持，恐怕設(shè)計不會這樣順利完成。自開題以來，設(shè)計的每個環(huán)節(jié)老師都認真指導(dǎo)，從資料的查閱到具體方案的修改，老師都提出了寶貴的建議，讓我受益匪淺。除此之外，老師科學(xué)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識更是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣。在此對導(dǎo)師及本組的同學(xué)表示衷心的感謝！最后還要感謝曾教導(dǎo)過和給我?guī)椭睦蠋煛踔境衫蠋煟∈悄銈冊?jīng)辛勤的付出才有了我今天知識的積累。時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進，畢業(yè)論文的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接