毕业设计（论文）-3150KN专用液压机的液压系统设计.docx

全套图纸加扣 30122505823150KN专用液压机的液压系统设计摘要本机器适用于一般金属压制、塑料、粉末冶金压制、可塑型材料的压制工艺。它由主机及控制机构两大部分组成，通过管路及电气装置联系起来构成一整体。主机部分包括机身，主缸，顶出缸及充液装置等组成。控制机构包括动力机构，上下限程装置，管路及电气箱等部分组成。其液压系统由能源转换装置（泵和油缸），能量调节装置（各种阀）以及能量输送装置（油箱，充液油箱，管路）等组成。本机器的工作压力，压制速度，空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成顶出工艺，不带顶出工艺，拉伸工艺三种工艺方式。本机器主机呈长方形，外型新颖美观，动力系统结构简单，紧凑，动作灵敏可靠，并可实现调整，手动及半自动三种操作方式。整机均提供了典型的工艺动作即上滑块快速下行、慢速加压、保压延时、快速回程与停止。下缸活塞顶出、退回或浮动压边下行、停止、顶出。由于增设了下缸活塞浮动压边下行的工艺动作，就可利用顶出缸做液压垫，利用倒拉伸工艺实现金属薄板拉神成型的工艺要求。关键词 压制；液压系统；压边3150KN Special Hydraulic Machine Hydraulic System DesignAbstractThe machinery for general suppression of metal plastic, powder metallurgy suppression, plastic materials can suppress the process. It consists of host and control most of the two institutions, through pipelines and installations linked to constitute a whole. Including the host part of the fuselage, the main tank, a tank top and liquid-filled devices, and other components. Control agencies, including force, the maximum and minimum levels-devices, pipes and electrical boxes and other components. Its hydraulic system by the energy conversion devices (pumps and fuel tanks), energy-conditioning (all valve) and energy transmission devices (fuel tank, liquid-filled tank, piping) composed. The machines work pressure, the suppression of speed, no-load fast and slow down the scope of the itinerary can be adjusted in accordance with the need for technology and top-out process can be completed, without a roof process, drawing process of three ways. The host was rectangular machines, new aesthetic appearance, the power system used cartridge valve, the structure is simple, compact, sensitive and reliable action, and to achieve adjustment, the three semi-automatic and manual mode of operation.offer of a typical action that is rapidly descending on the slider, slow pressure, Bao calendar, with the rapid return to stop. The cylinder piston to the top, back-pressure or floating down, stop, to the top. As provided under the pressure cylinder piston floating down the side of action, we can make use of hydraulic cylinders to the top pad, using inverted drawing process to achieve sheet metal forming the pull of God demands.Keywords suppressed; hydraulic system; Pressure目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 背景11.2国内外液压机技术发展状况及发展趋势11.2.1国内外液压机发展状况21.2.2液压机技术发展趋势21.2.3国内外液压机的类型21.3研究的意义31.4问题的提出和研究的内容41.4.1问题的提出41.4.2液压系统设计的步骤4第2章 液压系统设计62.1 概述62.1.1 液压传动系统的主要组成62.1.2 液压机的结构形式和工艺方式62.2 明确工作要求，进行工况分析72.2.1结构概述72.2.2工作情况82.2.3 设计参数92.2.4 负载分析及绘制负载图和速度图92.3 拟订液压系统原理图102.3.1 系统原理图的设计步骤112.3.2 液压系统原理图的问题132.3.3 液压系统的工作原理132.4 液压件的计算与选择162.4.1 确定缸的有效面积162.4.2 绘制工况图182.4.3 元件选择20第3章 液压系统的验算263.1 管路系统压力损失的计算263.1.1 流动类型263.1.2 局部压力损失273.1.3 沿程压力损失283.1.4 管道总压力损失293.2 系统发热温升的验算29第4章 液压系统的维护与保养314.1 液压系统的维护314.2 液压系统的保养324.3 可能发生的故障和消除方法33结论34致谢35参考文献36附录37- V -第1章 绪论1.1 背景从公元前200多年前到17世纪初，包括希腊人发明的螺旋提水工具和中国出现的水轮机等，可以说是液压技术最古老的应用。然而，液压传动直到20世纪30年代才真正得到推广应用。19世纪工业上所用的液压传动装置是以水作为介质，因其密封问题一直未能很好地解决以及电气技术的发展和竞争，曾一度导致液压技术停滞不前。直到1905年美国人詹涅（Janney）首先将矿物油代替水做液压介质后才开始改观。20世纪30年代后，由于车辆、航空、舰船等功率传动的推动。相继出现了斜轴式及弯轴式轴向柱塞泵、径向和轴向液压马达；1936年Harry Vickers发明了先导控制压力阀为标志的管式系列液压控制元件。第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、精度高、功率大的液压传动装置而推动了也液压技术的发展；战后，液压技术迅速转向民用，在机床、工程机械、农业机械、汽车等行行业逐步得到推广。到20世纪60年代后，随着原子能，空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大的发展，并渗透到各个工业领域中去。当前液压技术正向着高速、高压、大功率、高效率、低噪音、长寿命、高度集成化、复合化、数字化、小型化、轻量化等方向发展；同时，新型液压元件和液压系统的计算辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、计算机访真和优化设计技术、可靠性技术、基于绿色制造的水介质传动技术以及污染控制方面，也是当前液压技术发展和研究的方向。目前，我国已形成门类齐全的标准化、系列化、通用化液压元件系列产品。同时我国在消化、吸收国外先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性以及新技术应用的研究，积极采用新的国际标准，不断调整产品结构，对一些性能差的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术特别是控制技术和计算机技术的发展，液压传动与控制技术将得到进一步发展，应用将更加广泛1。1.2国内外液压机技术发展状况及发展趋势液压传动相对于机械传动而言，是一门新的传动技术，如果从1795年世界第一台水压机问世算起，至今已有200余年的历史，然而直到20世纪30年代液压传动才真正推广应用。第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、精度高、功率大的液压传动装置，从而推动了液压技术的发展。然后，液压技术迅速转向民用，在机床、农业机械、工程机械、汽车等行业中逐步得到推广。20世纪60年代后，随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展。液压技术也得到很大的发展，并渗透到各个工业领域中。液压机的液压系统和整机结构等方面发展已经比较成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在与加工工艺和安装方法。良好的工艺使机器在过滤，冷却及防止冲击振动方面有明显改善3。1.2.1国内外液压机发展状况1液压机的发展最主要体现在控制系统方面。微电子技术飞速发展为改进液压机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了前提条件。相比之下，国内机型虽然种类齐全，但技术含量相对比较低，缺乏高档机型，这与机电一体化和中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。2在油路结构设计方面，国内外都趋向于集成化、封闭式设计。插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到广泛的应用。国外采用封闭式循环油路设计，可有效地防止泄油和污染，更重要的是防止灰尘、空气和化学物质侵入系统，延长了机器的使用寿命。由于加工工艺等方面的原因，国内采用封闭式循环油路设计的系统还不多见。3在安全性方面，国外某些采用微处理器控制的高性能液压机利用软件进行故障的检测和维修，产品可实现负载检测、自动模具保护和错误诊断等功能。4。1.2.2液压机技术发展趋势 1自动化，智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。 2高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。3液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管理连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来了方便。4在环保、节能方面，今后在液压机的设计及制造中应引起各制造企业的足够重视。5 机电液一体化。充分利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 61.2.3国内外液压机的类型 当前国内外液压机产品中控制系统分为以下3种类型。 1采用可编程控制器（PLC）控制系统：该系统是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。目前，该机型广泛应用于各种生产机械和自动化生产过程中。国内有部分厂家采用该控制系统，如天津锻压机械厂有60%的产品采用PLC来提高控制性能和可靠性。国外厂家如丹麦的STENHQJ公司采用STEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。 2应用高级微处理机（或工业控制计算机）的高性能控制系统：该控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高科技含量的控制方式，以工业控制机或单片P单板机作为主控单元，通过外围接口器件（如APD或DPA板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。这种控制方式的主要特点为：具有良好的人机交互性，操作简单，控制精度高，生产高速化，提高生产率，可顺利实现对工作参数（如压力、速度、行程等）的单独调整，能进行复杂工件、不对称工件的加工；预存工作模式，缩短调整时间，与柔性加工要求相适应；可通过软件来消除高速下的换向冲击，以降低噪声，提高系统的稳定性；在安全方面可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。现在，国外众多液压机生产厂家都生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压机产品，如美国MUTIPRESS、丹麦STENHQJ和加拿大BROWNBOGGS等公司，而国内很少有该类产品。 3以继电器为主控元件的传统型：其电路结构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。主要用于单机工作，加工产品精度不高的大批量生产，也可组成简单的生产线。现在，国内许多液压机厂还以该机型为主，国内众多厂家只是保留了对该机型的生产能力，而主要面向技术含量高的机型组织生产 5。1.3研究的意义 液压传动与其它传动相比有以下特点：1.在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出产生更大的动力，换句话说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑。2. 液压装置工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。3. 液压装置容易做到对速度的无级调速，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。4.液压装置易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。5.液压装置易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动，压力和流量进行调节和控制。6.液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。7.液压系统设计、制造和使用维护方便。8.液压元件易于实现系列化，标准化和通风化，便于设计，制造和推广使用。9.由于液压传动的泄漏和液压的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。10.液压传动有较多的能量损失（泄漏损失，摩擦损失等），因此，传动效率相对低。11.液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。12.液压传动在出现故障时不易诊断。液压机按照机架结构形式分为组合框架式、梁柱式、单臂式等。按照功能和用途可分为手动液压机，冲压液压机，锻造液压机，一般用途液压机，校正、包装液压机，层压液压机，压制液压机，挤压液压机，打包液压机，专用液压机等10余种类型。 液压机有以下几个特点： 1液压机的动力传动为“柔性”传动，较机械加工复杂的传动系统比较简单，可避免机器过载的情况。 2液压机基本的动作方式有3种：单动、双动和三动。但其拉伸过程中只有单一的直线驱动力，使加工系统有较长的使用寿命和高的工件成品率2。1.4问题的提出和研究的内容液压机的设计是由加工对象和工件的工艺要求决定的。在整个设计过程首先应详细分析压制工件对各执行机构的动作（包括压力、速度、相对位置关系和运动精度），工作空间和装卸料要求等。并根据加工的实际条件，参考液压机设计的一些典型结构和对搜集的同类产品结构性能等参考资料进行分析比较，确定总体设计方案，然后对主要零部件及核算检验7。1.4.1问题的提出在液压机设计过程中，我们需要解决的问题有如下几点： 1分析压制工艺过程对设计机器的要求，确定主要技术规格和动作线图。 2总体设计方案的确定。 3主要零部件强度和刚度计算。4液压系统设计。5电气系统设计。6现场服务。本设计主要解决液压系统的设计8。1.4.2液压系统设计的步骤液压系统设计步骤大致如下：1明确工作要求，进行工况分析。2拟订液压系统原理图。3计算，选择液压元件，设计非标准元件。4性能验算。绘制正式工作图和编制技术文件。第2章 液压系统设计2.1 概述液压机是一种广泛使用的压力加工设备，具有多种型号，系列产品。本设计的液压机主要用于可塑性材料的压制工艺，如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等，也用于校正、压装、塑料及粉末制品的压制成型工艺。2.1.1 液压传动系统的主要组成 液压传动系统主要是由以下五个部分组成：1.能源装置 把机械能转换成流体压力能的装置。常见的是液压泵或空气压缩机，给系统提供压力油或压缩空气。2.执行元件 把流体的压力能转换成机械能输出的装置。它可以是做直线运动的液压缸或气缸，也可以是作回转运动的液压马达或气压马达。3.控制元件 对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置，以及进行信号转换、逻辑运算和放大等功能的信号控制元件。如溢流阀、流量控制阀、换向阀等。4.辅助元件 保证系统正常工作所需要的上述三种以外的装置。如油箱、过滤器、分水过滤器、消声器、管件等。5.工作介质 工作介质是指传动液体或传动气体，在液压传动系统中通常称为液压油液，在气压传动系统中通常指压缩空气。2.1.2 液压机的结构形式和工艺方式3150KN专用液压机的液压系统由能源转换装置（泵和油缸）、能量调节装置（各种阀）以及能量输送装置（油箱、充液油箱、管路）等组成。借助电气系统的控制，驱动滑块和顶出活塞活动，完成各种工艺动作循环。结构形式：1.本设备采用整体框架式结构，具有在温差较大状态下精度及间隙保持性较高的固定式X型导轨作导向。2.工作油缸采用柱塞缸。3.具有顶出机构及移动工作台工艺方式：本机器具有调整、手动和半自动三种工艺方式可供选择。调整操作为按压相应按钮得到要求的寸动动作。手动操作为按压相应按钮得到要求的连续动作。半自动操作为按压相应按钮使之自动完成一个工艺动作循环。在半自动操作中，分带顶出工艺、不带顶出工艺、拉伸工艺三种工艺方式供选择。每种又分定压成型和定程成型两种工艺动作。该机还可由脚踏开关控制，得到工艺动作循环。2.2 明确工作要求，进行工况分析对液压系统的工作要求以及工况分析是设计液压系统的根据。首先必须对机器的结构、工作情况、工艺要求、技术特性进行充分的了解并进行详细的分析。应明确的几个问题是：1. 明确哪些机构的运动需要用液压传动来完成。2. 明确液压系统应具备的主要性能。包括根据工作情况确定的最大负载、力或力矩、工作行程、速度或转速、调速范围以及对运动的平稳性、动作精度和效率的要求等。3. 明确各运动的工作顺序或自动工作循环。最好做出机器各机构的工作顺序或自动工作循环的图表，并注意到各运动之间存在的联锁作用。4. 明确液压系统工作条件和环境条件。周围介质、环境温度、湿度大小、风砂与尘埃情况、外界冲击振动等;防火与防爆等方面的要求。5.经济性与成本等方面的要求。2.2.1结构概述3150KN通用液压机是有主机及控制机构两大部分组成，通过管路及电气装置联系起来构成一整体。主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等组成。控制机构包括动力机构、上下限程装置、管路及电气箱等部分组成。现将各部分结构和作用分述如下：1.机身机身由上横梁、滑块、工作台、立柱、锁紧螺母及调节螺母等组成。依靠框架式结构作为主架，上横梁及工作台由锁紧螺母紧固与两端。机器精度靠调节螺母及紧固与上横梁上端之锁紧螺母来调整。滑块与主缸活塞由联接法兰和螺栓紧固联接。滑块内装有导向套。滑块及工作台表面均有T形槽，以便于模具安装。2.主缸主缸缸体依靠缸口台肩及大锁母紧固于上横梁内活塞下端用联接法兰、螺栓与活动横梁联接。活塞头部之材料为铸铁，做导向用。活塞头部外圆处装有方向相反的密封圈，内园用O型圈密封。将缸内形成上、下两个油腔，缸口部分也装有密封圈，借助法兰锁紧，以保证下腔密封。在法兰上下均装有密封圈，其间有螺孔及活塞，由该处注油以做缸口导套润滑油。3.顶出缸顶出缸装于工作台中心孔内，用锁紧螺母加以固定。结构与主缸基本相同。4.动力机构 动力机构由油箱、变量泵、电动机及集成块和压力阀等组成。它是生产和分配工作液压而使主机实现各种动作的机构。油箱为钢板焊接件。油箱上部有注油口并装有空气滤清器。在泵的吸油口处均装有网式滤油器。油箱前端之油标为观察油位用2.2.2工作情况 主机为框架式结构，上滑块由X形导轨导向，上液压缸驱动，实现“快速下行慢速加压保压延时快速回程原位停止”的动作循环。下液压缸布置在工作台中间孔内，驱动下滑块实现“向上顶出向下退回”或“浮动压边下行停止顶出”的动作循环，如图2.1所示。 快进 加压 保压 回程 停止 顶出工艺 浮动压边工艺图2-1 液压机的工作循环2.2.3 设计参数本设备采用整体框架式结构，具有在温差较大状态下精度及间隙保持性较高的固定式X型导轨作导向。工作油缸采用柱塞缸，回程缸采用2个活塞式油缸。具有顶出机构及移动工作台。设计参数见表2-1表2-1设计参数序号项目单位参数1公称力MN3.152液体最大工作压力MPa37.53回程力MN24最大开口mm15005工作行程mm10006工作台有效尺寸左右mm2000前后mm20007移动工作台移动行程mm20508下顶出液压缸顶出力KN1000行程mm250顶出速度mm/s35回程速度mm/s709滑块速度空程下降mm/s100一般速度mm/s1-12连续可调回程mm/s12010移动工作台承载T152.2.4 负载分析及绘制负载图和速度图对于主缸：把启动、加速作为一个过程，取F快=50KN F工=3150KNF退=2000KN V快=0.1m/s V工=0.012m/s V退=0.12m/s主缸负载图见图2-2。主缸速度图见2-3F (KN) 3150 V (m/s) 0.1 50 0.012 S (m) S (m) 2000 0.12 图2-2 主缸负载图 图2-3 主缸速度图对于顶出缸：F工=1000KN F退=50KN V工=0.035m/s V退=0.07m/s顶出缸负载图见图2-4。顶出缸速度图见图2-5。F (KN) 1000 V (m/s) 0.035 S (m) S (m) 50 0.07 图2-4 顶出缸负载图 图2-5 顶出缸速度图2.3 拟订液压系统原理图 系统原理图就是灵活运用各种基本回路和常用回路定出实现工作机构要求的液压系统工作原理图，它拟订液压原理是设计系统的关键,它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响.对于拟订系统原理图一般包括两项内容:一是通过分析、对比选出合适的回路;二是把选出的基本回路进行有机组合,构成完整的系统原理图.2.3.1 系统原理图的设计步骤 1确定执行元件的形式 液压传动系统中的执行元件主要有液压缸和液压马达,根据主机动作机构的运动要求来具体选用哪种形式.通常,直线运动机构一般采用液压缸驱动,旋转运动机构采用液压马达驱动,但也不尽然.总之,要合理的选择执行元件,综合考虑液-机-电各种传动方式的相互配合,使所设计的液压传动系统更加简单、高效、经济。. 2确定回路类型 一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统都采用开式回路:凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统,都采用闭式回路.通常节流调速系统采用开式回路,容积调速系统采用闭式回路. 开式与闭式的比较见表2-2.表2-2开式系统和闭式系统的比较循环形式开 式闭 式适应工况一般均可适应，可向多个液压执行器供油限于要求换向平稳，换向速度高的一部分容积调速系统，一般一泵只向一个液压执行器供油散 热较方便，但油箱较大比较复杂，需用辅泵换油冷却抗污染能力较差，可采用压力油箱来改善 较好，但油液过滤要求比较高效率及管路损失一般用节流调速效率较低，管路损失较大用容积调速时，效率较高，管路损失较小其 他对泵的自吸性能要求高对泵的自吸性能要求低 3选择合适回路在拟订液压原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。例如对于机床液压系统，调速和速度换接回路是主要回路；对于压力机液压系统，调压回路是主要回路。然后在考虑其他辅助回路，有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路，有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、同步或互不干扰回路，有空载运行要求的系统要考虑卸荷回路等。具体做法有： （1）制订调速控制方案根据执行元件工况图上压力、流量和功率的大小以及系统对温升、工作平稳性等方面的要求选择调速回路。对于负载功率大的执行元件，一般都采用容积调速回路，即由变量泵供油，避免过多的溢流损失，提高系统的效率；如果对速度稳定性要求较高，也可采用容积节流调速回路。对于负载功率小、运动速度低的系统，采用节流调速回路。工作平稳性要求不高的执行元件，宜采用节流阀调速回路；负载变化较大，速度稳定性要求较高的场合，宜采用调速阀调速回路。调速方式决定之后，回路的循环形式也随之而定。容积调速大多采用闭式回路；节流调速、容积节流调速一般采用开式回路。 （2）制订压力控制方案选择各种压力控制回路时，应仔细推敲各种回路在选用时所需注意的问题以及特点和适用场合。例如卸荷回路，选择时要考虑卸荷所造成的功率损失、温升、流量和压力的瞬时变化等。恒压系统如进口节流和出口节流调速回路等，一般采用溢流阀起稳压溢流作用，同时也限定了系统的最高压力。定压容积节流调速回路本身能够定压不需压力控制阀。另外还可采用恒压变量泵加安全阀的方式。对非恒压系统，如旁路节流调速、容积调速和非定压容积节流调速，其系统的最高压力由安全阀限定。对系统中某一个支路要求比油源压力低的稳压输出，可采用减压阀实现。（3）制订顺序动作控制方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型的不同，有的按固定程序进行，有的则是随机的或认为的。对于工程机械，操纵机构多为手动，一般用手动多路换向阀控制；对于加工机械，各液压执行元件的顺序动作多数采用行程控制，行程控制普遍采用行程开关控制，因其信号传输方便，而行程阀由于涉及油路的连接，只适用于管路安装较紧凑的场合。另外还有时间控制、压力控制和可编程序控制等。选择一些主要液压回路是，还需注意以下几点:（1）调压回路的选择主要决定于系统的调速方案。在节流调速系统中，一般采用调压回路；在容积调速和容积节流调速或旁路节流调速系统中，则均采用限压回路。一个油源同时提供两种不同压力时，可以采用减压回路。对于工作时间相对辅助时间较短而功率又较大的系统，可以考虑增加一个卸荷回路。（2）速度换接回路的选择主要依据换接时位置精度和平稳性的要求。同是还应结构简单，调整方便，控制灵活。（3）多个液压缸同步顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、行程的可调性、顺序动作的可靠性等。（4）多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑同步精度、系统调整、控制和维护的难易程度等。当选择液压回路出现多种可能方案时，应平行展开，反复进行分析对比，不要轻易做出取舍决定。 4编制整机的系统原理图整机的系统图主要是由以上所确定的各回路组合而成，将挑选出来的各个回路合并整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个完整的系统。在满足工作机构运动要求及生产率的前提下，力求所设计的系统结构简单、工作安全可靠、动作平稳、效率高、调整和维护保养方便。在拟订主回路或辅助回路时，大体可按下列顺序进行：先画出驱动各个工作机构的液压执行器运动换向的方向控制回路（装设换向阀等）；定出实现执行器速度大小的速度控制回路（装设调速阀等）；定出实现执行器力（力矩）要求的压力控制回路；然后再按照实现各种顺序动作和自动循环的控制原则；接入相应的阀（顺序阀等）或装置（行程开关等），最后接入起安全、保险和联锁作用的阀和装置（压力继电器、压力表等）以及各种辅件（过滤器、冷却器、油箱等）。2.3.2 液压系统原理图的问题拟订液压系统原理图还应注意这样几个问题：1. 去掉重复多余的元件，力求使系统结构简单，同时要仔细斟酌，避免由于某个元件的去掉或并用而引起相互干扰。2. 增设安全装置，确保设备及操作者的人身安全。3. 工作介质的净化必须予以足够的重视。特别是比较精密、重要的设备，可以单设一套自循环的油液过滤系统。 4. 对于大型的贵重设备，为确保生产的连续性，在液压系统的关键部位要加设必要的备用回路或备用元件。5. 为方便系统的安装、维修、检查、管理，在回路上要适当装设一些截止阀、测压点。6.尽量选用标准元件和定型的液压装置。本液压机的液压原理图如图2-6所示。2.3.3 液压系统的工作原理液压泵为恒功率式变量轴向柱塞泵，用来供给系统以高压油，其压力由远程调压阀调定。1. 主缸活塞快速下行 按下启动安钮，电磁铁1YA通电，先导阀和主缸换向阀左位接入系统。 1-液控单向阀 2、3-单向阀 4-充液油箱 5-上腔液压缸6、8、9、11、12、13-溢流阀 10-先导减压阀 14-下腔液压缸15-电液换向阀 16、18-电磁换向阀 17-液压换向阀19-泵 20-油箱图2-6 3150KN液压机液压系统图其主油路为：进油路：液压泵顺序阀主缸换向阀单向阀3主缸上腔；回油路：主缸下腔液控单向阀2主缸换向阀下缸换向阀油箱。这时主缸活塞连同上滑块在自重作用下快速下行，尽管泵已输出最大流量，但主缸上腔仍因油液不足而形成负压，吸开充液阀1，充液筒内的油便补入主缸上腔。2. 主缸活塞慢速加压 上滑块快速下行接触工作件后，主缸上腔压力升高，充液阀1关闭，变量泵通过压力反馈，输出流量自动减小，此时上滑块转入慢速加压。3. 主缸保压延时 当系统 压力升高到压力继电器的调定值时，压力继电器发出信号使1YA断电，先导阀和主缸换向阀恢复到中位。此时液压泵通过换向阀中位卸荷，主缸上腔的高压油被活塞密封环和单向阀所封闭，处于保压状态。接受电信号后的时间继电器开始延时，保压延时的时间可在024min内调整。4. 主缸泄压后快速返回 由于主缸上腔油压高、直径大、行程长，缸内油液在加压过程中储存了很多能量，为此，主缸必须先泄压后再回程。保压结束后，时间继电器使电磁铁5YA通电，先导阀左位接入系统，使主缸上腔的油液开始泄压。压力降低后，电磁铁5YA断电。使电磁铁2YA通电，先导阀右位接入系统，控制油路即可使主缸换向阀处于右位工作，从而实现上滑块的快速返回。其主油路为：进油路：液压泵顺序阀主缸换向阀液控单向阀2主缸下腔。回油路：主缸上腔充液阀1充液筒。充液筒内液面超过预定位置时，多余油液由溢流管流回油箱。5. 主缸活塞原位停止 上滑块回程至挡块压下行程开关，电磁铁2YA断电，先导阀和主缸换向阀都处于中位，这时上滑块停止不动，液压泵在较低压力下卸荷。 6. 顶出缸活塞向上顶出电磁铁4YA通电后，顶出缸换向阀右位接入系统。其油路为进油路：液压泵顺序阀主缸换向阀顶出缸换向阀顶出缸；回油路：顶出缸上腔顶出缸换向阀油箱。7. 顶出缸活塞向下退回和原位停止 4YA断电、3YA通电时油路换向，顶出缸活塞向下退回。当挡块压下原位开关时，电磁铁3YA断电，顶出缸换向阀处于中位，顶出缸活塞原位停止。8. 顶出缸活塞浮动压边 作薄板拉伸压边十时，要求顶出缸既保持一定压力，又能随着主缸上滑块一起下降。这时4YA先通电、再断电，顶出缸下腔的油液被顶出缸换向阀封住。当主缸上滑块下压时，预出缸活塞被迫随之下行，顶出缸下腔回油经下缸溢流阀流回油箱，从而建立起所需的压边力。2.4 液压件的计算与选择 液压件的计算与选择对于整个液压系统的快速性、稳定性和准确性有至关重要的作用。通过准确确定工作压力和流量等主要参数，从而确定系统中各元件应具备的参数值，并根据这些参数值进行液压件的选择和非标准液压件的设计。2.4.1 确定缸的有效面积 液压缸的设计是在对整个液压系统进行了工况分析，编制了负载图，并选定了工作压力之后进行的。设计时先根据使用要求选择结构类型，然后按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸，进行强度、稳定性和缓冲验算，最后再进行结构设计。缸的结构简单，工作可靠，与其他机械结构的组合可以满足工程上的各种要求，因此在液压与气压传动系统中得到广泛的使用。缸有很多形式，按按照作用方式它可分为单作用和双作用两种。单作用缸只能使活塞（或柱塞）作单方向运动，即液体或气体只是通向缸的一腔，而反方向运动则必须依靠外力（如弹簧或自重等）来实现，双作用缸在两个方向上的运动都由液体或气体的推动来实现。根据本液压机的实际情况，选单择杆活塞缸。 活塞缸示意图见图2-7。 Fmax D d P P0图2-7 活塞缸示意图由于液压机属于高压系统，P0在初算时可忽略不计，即P0=01.对于主缸：（1）p=37.5MP （2）Fmax=3150KN （3）往复速比，按公式2-1计算得4 V=V回/V往 （2-1）=0.12/0.1=1.2 即 d=(V-1)/ V D=0.41D（4）m=0.9 缸径的直径计算公式为2-24则pD2/4-p0(D2-d2)/4m=Fmax pD2m/4=Fmax （2-2）D=4Fmax/(pm) =43.151063.1437.51060.9 =0.344m=344m按缸径尺寸系列，取D=400mm，则 d=0.41D=0.41400=164mm 按活塞杆尺寸系列，取 d=180mm根据已取的缸径和活塞直径，计算液压缸实际有效工作面积，无杆腔面积A1和有杆腔面积A2分别为。按公式2-3，2-4计算2： A1=D2/4 （2-3）=3.140.42/4=0.1256m2 A2=（D2-d2）/4 （2-4）=3.14(0.42-0.182)/4=0.1001m22.对于顶出缸：（1） p=37.5MPa （2） Fmax=1000KN （3） 往复速比 V=V回/V往 =0.070/0.035=2即 d=(V-1)/ V D=0.71D（4）m=0.9则 D=4Fmax/(pm) =411063.1437.51060.9=0.194m=194mm按缸径尺寸系列，取D=200mm则 d=0.71D=0.71200=142mm 按活塞杆尺寸系列，取d=160mm根据已取的缸径和活塞直径，计算顶出缸实际有效工作面积，无杆腔面积A1和有杆腔面积A2分别为：A1=D2/4=3.140.2/4=0.0314m2A2=（D2-d2）/4=3.14(0.22-0.162)=0.011m22.4.2 绘制工况图 各执行元件的主要参数确定之后，不但可以复算执行元件在工作循环各阶段的工作压力，还可求出需要输入的流量和功率。这时就可作出系统中各执行元件在其工作过程中的工况图，即执行元件在一个工作循环中的压力、流量、功率与时间（或位移）的变化曲线图。将系统中各执行元件的工况图加以合并，便得到整个系统的工况图。系统的工况图可以显示整个工作循环中的系统压力、流量和功率的最大值及其分布情况，为后续设计步骤中选择元件、选择回路或修正设计提供合理的依据。 1计算主缸各运动阶段的压力、流量和功率快进时：压力 p=F快/A1=50103/0.1256=0.4Mpa 流量 q=V快A1=0.10.1256=0.01256m3/s 功率 P=pq=0.41060.01256=5KW工进时：压力 p=F工/A1=3150103/0.1256=25Mpa 流量 q=V工A1=0.0120.1256=0.0015m3/s 功率 P= pq=251060.0015=37.5KW快退时：压力 p=F退/A2=2000103/0.1001=2Mpa 流量 q=V退A2=0.120.1001=0.012m3/s 功率 P= pq=21060.012=24KW 2顶出缸各运动阶段的压力、流量和功率顶出时：压力 p=F退/A1=1000103/0.0314=31.8Mpa 流量 q=V工A1=0.0350.0314=0.0011m3/s 功率 P= pq=31.81060.0011=34.98KW退回时：压力 p=F退/A2=50103/0.011=4.5Mpa 流量 q=V退A2=0.070.011=0.00077m/s 功率 P= pq=4.51060.00077=3.5KW3绘制工况图。主缸与顶出缸各阶段压力图见图2-8.流量图见图 2-9.功率图见图2-10主缸P/Mpa 25 顶出缸P/Mpa 31.8 0.4 2 4.5图2-8.主缸与顶出缸各阶段压力 q/m3/s 0.01256 q/m3/s 0.0015 0.0011 0.00077 0.012图2-9.主缸与顶出缸各阶段流量P/KW 37.5 P/KW 34.98 5 3.5 24图2-10.主缸与顶出缸各阶段功率2.4.3 元件选择1.泵的选择首先根据设计要求和系统工况确定液压泵的类型，然后根据液压泵的最大供油量来选择液压泵的规格。本液压机选择轴向柱塞泵，它与齿轮泵和叶片泵相比有以下优点：（1）工作压力高 由于柱塞泵的密封工作腔是柱塞在缸体内孔中往复移动得到的，其相对配合的柱塞外圆及缸体内孔加工精度容易保证，因此，其工作中泄露较小，