四柱液压机液压系统的设计文献综述

吉 林 化 工 学 院 文献综述文献综述 四柱万能液压机液压系统的设计 Universal hydraulic machine hydraulic system design 性性质质: : 毕业设计毕业设计毕业论文毕业论文 教 学 院：机电工程学院 系别： 机械设计制造及其自动化 学生学号：08410332 学生姓名：曹新朋 专业班级：机自 0803 指导教师：孙东 职称：讲师 起止日期：2012.2.282012.6.15 吉 林 化 工 学 院 Jilin Institute of Chemical Technology 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 2 四柱万能液压机液压系统的设计 摘 要四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包 括液压缸、 横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、 电动机、压力 阀、方向阀等组成。液压机采用 PLC 控制系统，通过泵和油缸 及各种液压阀实现 能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系 列液压机具有独立的 动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动 和自动两种操作方式。 该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小， 噪音低，压力和行程 可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通 过查阅大量文献资料， 设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流 量的大小选择了液压泵， 电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。 关键词：四柱；液压机；PLC I 四柱万能液压机液压系统的设计 Take toHydraulic machine composed of a host machine and a control mechanism is composed of two parts. Hydraulic machine part comprises a hydrauliccylinder, beam,column and liquidfillingdevice. Thepower mechanism comprises an oil tank, high pressure pump, control system, motor, valve, directional valve. Hydraulic machine adopts PLC control system, through the pump and the oil cylinder and a variety of hydraulic valve to realize the energy conversion, regulation and delivery, to complete all of the action cycle. The series hydraulic machine is an independent body and the electrical power system. and centralized control buttons used, can realize the two types of manual and automatic operation mode. The hydraulic machine has the advantages of compact structure, high reliability, fast speed, low energy consumption, low noise, pressure and stroke can be within the prescribed scope of arbitrary regulation, simple operation. In this design, through the consult massive literature material, has designed the hydraulic cylinder size, drafted the hydraulic principle diagram. According to the pressure and the flow size choose the hydraulic pump, motor, control valves, filters and other hydraulic components and auxiliary components. Key words: four-pillar hydraulic machine; PLC I; 1 概述 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，也是理想的成型工艺设备， 特别是当液压机系统实现具有对压力、行程、速度单独调整功能后，不仅能实现 对复杂工件以及不对称工件的加工， 而且， 废品率非常低， 与机械加工系统相比， 有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液压机有了更 进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用 CNC 或 PC 机来控制，提 高了产品加工质量和生产率。 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 3 液压机主缸是液压机的主要工作部件， 液压机主缸的性能直接影响着液压机 整体工艺水平。通过细致的分析及理论研究解决易损部分设计结构中存在的问 题，可以使液压缸整体上达到工艺强度要求，提高液压缸应用的工艺水准及使用 寿命。 所以对液压机主缸进行细致严谨的设计计算对对液压机的设计生产有着至 关重要的作用。 四柱式液压机是最为常见、应用最广泛的液压 机，机身由上梁、下梁和四 条立柱组成， 主缸安装在 上梁内， 活动横梁与主缸的活塞联接成一体。 活动 横 梁以立柱为导向上下运动， 可实现 “主缸快速下行 慢速下行压制主缸 上行，下缸上行退料上行结 束， 自动停机” 的工作循环。 设置有空载快速、 慢速靠 模及工作拉伸两种速度，还设有液压压边机构和退 料机构， 适用于可 塑性材料的压制工艺， 特别适用于 薄板拉深、 翻边等工艺， 也可用于金属零 件的冷挤压 能耗低、 操作方便、 工作平 工艺。具有工作效率高、 稳、 安全 等特点。 1.1 液压机工作性质 液压机所用的工作介质的作用不仅是传递压强， 而且保证机器工作部件工作 灵敏、可靠、寿命长和泄漏少。液压机对工作介质的基本要求是：有适宜的流 动性和低的可压缩性，以提高传动的效率；能防锈蚀；有好的润滑性能； 易于密封；性能稳定，长期工作而不变质。液压机最初用水作为工作介质，以 后改用在水中加入少量乳化油而成的乳化液，以增加润滑性和减少锈蚀。19 世 纪后期出现了以矿物油为工作介质的油压机。油有良好的润滑性、防腐蚀性和适 度的粘性，有利于改善液压机的性能。20 世纪下半叶出现了新型的水基乳化液， 其乳化形态是“油包水”，而不是原来的“水包油”。“油包水”乳化液的外相为油，它 的润滑性和防蚀性接近油，且含油量很少，不易燃烧。但水基乳化液价格较贵， 限制了它的推广。 1 的高于 30 度时，可用 N46/GB3141。工作用油推荐采用 32 号、46 号抗磨液 压油，使用油温在 1560 摄氏度范围内。 2油液业进行严格过滤后才允许加入油箱。 3工作油液每一年更换一次，其中第一次更换时间不应超过三个月； 4滑块应经常注润滑油，立柱外表露面应经常保持清洁，每次工作前应先喷注 机油。 5在公称压力 500T 下集中载荷最大允许偏心 40mm。偏心过大易使立柱拉伤 或出现其它不良现象。 6每半年校正检查一次压力表； 7机器较长期停用，应将各加厂表面擦洗干净并涂以防锈油。 1.2 液压机的特点优点及用途 液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一。目前，液压机的最大标称压力已 达 750MN，用于金属的模锻成型。随着金属压制和拉伸制品的需求逐年增高， 对产品品种的要求也日益增多；另一方面，产品的生产批量也逐渐缩小。为与中 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 4 小批量生产相适应，需要能快速调整的加工设备，这使液压机成为理想的成型工 艺设备，特别是当液压机系统实现具有对压力、行程、速度单独调整功能后，不 仅能实现对复杂工件以及不对称工件的加工，而且，废品率非常低，与机械加工 系统相比，有极大的优越性。近年来，随着微电子技术、液压技术等的发展，液 压机有了更进一步的发展，其高技术含量增多，众多机型已采用 CNC 或 PC 机 来控制，提高了产品加工质量和生产率1。 液压机有以下几个优点： 1）液压机最大的特点是容易获得最大的压力。在锻造过程中锻锤是靠冲击力打 击锻件，因而会产生较强的振动。为了提高打击效率和减轻振动，需要有很大的 砧座和良好的地基，因而锻锤不可能造得很大。曲柄压力机是靠曲柄连杆机构传 递能量，由于受到曲柄连杆机构强度的限制，一般只制造到 100MN 以下。液压 机利用静压力工作，不需要大的砧座和监视的地基。由于采用了液压传动，其动 力设备可以与主机分开， 可以适当加大柱塞的直径或采用多缸联合工作的方式来 获得更大的工作压力。目前大型液压机均已造到 100MN 以上。 2）得更大的工作行程，并可在全行程的任意位置施加最大的工作压力；在工作 行程的任意位置都可以回程。机械传动的曲柄压力机的滑块行程是不变的，并且 只能在滑块下止点前较小的行程内产生标称压力。而且必须在下止点后才能回 程，如果过载将会发生闷车现象，导致损坏。液压机则与其相反，所以液压机对 要求工作行程较长而且变形均匀的工艺（如拉伸、积压等）十分适应。 3）更大的工作空间。液压机本体没有庞大的机械传动机构，其液压缸可根据操 作的要求来布置，因而可以容易地获得较大的工作空间。 4）作压力可以调整，可以实现保压，并可防止过载。例如，有三个缸的液压机 可以很容易地获得三级不同的工作压力。 将高压液体通入中间工作缸得到第一级 压力；通入两侧工作缸得到第二级压力；3 个工作缸同时通入高压液体就得到第 三级压力。液压机可以作长时间的保压。液压系统有调压装置，可以根据要求来 调整液体的压力。他的安全装置，能可靠地防止过载。 5）调速方便。通过调整通入工作缸液体的流量，可以实现各种行程速度。例如， 实现空程下降和回程时高速，工作行程时慢速，而且这种调速是无级的。 6）液压机结构简单，操作方便。液压机的本体结构很简单，而且容易制造。特 别是中、小型的液压机，由于液压元件的标准化、系列化和通用化程度的提高， 使其设计与制造更为简便，成本降低。液压机还易于实现自动控制和遥控。 7）液压机工作平稳。碰撞、振动和噪声都较小，有利于改善工人的劳动强度和 工作条件。 8）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简单，可避免机 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 5 械过载的情况。 9）液压机基本的动作方式有三种：单动、双动、三动。但其拉伸过程中只有单 一的直线驱动力，是加工系统有较长的使用寿命和较高的工件成品率。 除了以上优点外液压机还有一些缺点，比如： 1）液压机采用液压油为工作介质，因而对液压元件的精度要求和密封条件要求 较高。另外，不可避免的泄露会带来环境的污染。 2）液压机的工作速度较其他设备低。由于液体流动时会产生较大的阻力损失， 当液压机高速运动时，这种损失就更为明显。所以液压机的最高工作速度受到限 制。 由于液压机具有以上特点，因此得到了广泛的应用。除了大型的锻件的锻造、拉伸、剪切、 挤压等工序外，还应用于塑料压型、层压板、粉末冶金、废金属处理、棉花打包等工序。 用途 该液压机适用于可塑性材料的压制工艺。如粉末制品成型、塑料制品成型、 冷（热）挤压金属成型、薄板拉伸以及横压、弯压、翻透、校正等工艺。四柱液 压机具有独立的动力机构和电器系统，采用按钮集中控制，可实现调整、手动及 半自动三种操作方式。 1.3 液压机系统设计液压机系统设计 四柱式万能液压机适用于各种可塑性材料的压制 , 如冲压,弯曲,翻边,薄板拉伸 等.其工作过程如下 : 上液压缸驱动上滑块 , 实现 快速下行 慢速加压 保压延时 释压换向 快速返回 原位停止 的动作 循环 ; 下液压 缸驱动下滑块 , 实现 向上顶出 停留 向下退回 原位停止 的动作 循环 . 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 6 制定系统方案制定系统方案 ( 1 ) 执行机构的确定 .四柱式液压机动作机构 分为上液压缸和下液压缸即顶出 缸两部分 , 均为直线 往复运动 , 所以采用单活塞杆双作用液压缸直接驱 动. ( 2 ) 液压缸的动作回路 .上液压缸要实现快速 下降 ,慢速下行 ,保压延时 ,释 压换向 ,快速返回 , 原位停止的动作 ; 下液压缸要实现向上顶出 ,停留 , 向下 退回 ,原位停止的动作 .其运动方向由电液换向 阀直接控制 , 快速运动时需要 有较大流量供给 .慢速 运动时只需要小流量供给即可 . ( 3 ) 上液压缸的动作回 路 .在上液压缸快速返 回时 , 为了使液压机动作平稳 , 不会在换向时产生冲 击和噪声 , 采用释压阀对液压缸上腔进行释压 . ( 4 ) 安全措施 .为了保证对上 缸和下缸进行过 载保护 , 特分别加了安全阀 . ( 5 ) 液压源的选择 .该系统采 用泵作为液压源 . 液压系统的合成液压系统的合成 拟定液压机械压系统的原理图 1 下液压缸 2 下缸换向阀 3 先导阀 4 溢流阀 5 上液压缸 6 副油箱 7 上缸换向阀 8 压力继电器 9 释压阀 10 顺序阀 11 溢流阀 12 减压阀 13 下缸溢流阀 14 下缸安全阀 15 上滑块 16 行程开关 17 远程调压阀 18 油泵 液压系统的工作原理液压系统的工作原理 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 7 液压机上滑块的工作情况介绍如下 : ( 1 ) 快速下行 .电磁铁 1YA 通电 , 先导 阀 3 和 上缸换向阀 7 左位接入系统 , 液压单向阀 I2 被打开 . 上滑块在自 重作用下迅速下降 .由于液压泵的流 量较小 , 这时液压机顶部储油箱 6 中的 油液经液控单 向阀 I1 也流入上液压缸 5 上腔内 . ( 2 ) 慢速加压 .在上滑块 接触工件时开始 , 此 时上液压缸 5 上腔压力升高 , 液控单向阀 I1 自动关 闭 , 变量泵供油 , 实现慢速加压 , 油液流动情况与快 速下行时相同 . ( 3 ) 保 压延时 .当上液压缸 5 上腔油压达到调 定值时 , 压力继电器 8 动作 , 一方 面使电磁铁 1YA 断电 , 另一方面使时间继电器 (图中未画出 ) 动作 , 实现保 压延时 .保压时除了液压泵在较低压力下卸荷 外 , 系统中没有油液流动 . ( 4 ) 快速返回 .保压结束 , 时间继电器 动作 , 电磁铁 2YA 通电 , 先导阀 3 右位 接入系统 , 释压阀 9 使上缸换向阀 7 也从右位接入系统 , 此时快速返回开 始 .这时 , 液控单向阀 I1 被打开 .当储油箱 6 内液 面超过预定位置时 , 多 余油液由溢流管流回主油箱 (图中未画出 ) . ( 5 ) 原位停止 .当上滑块上升至挡 块 15 撞着行 程开关 16 时 , 电磁铁 2YA 断电 , 先导阀 3 和上缸换 向阀 7 都处于中位时 , 原位停止阶段开始 .这时上滑 块停止不动 , 液压泵在低压 力下卸荷 , 系统中的油液 流动情况与保压延时相同 . 在这里应注意的是释压 阀 9 的作用和其工作原 理 .释压阀 9 是为了防止保压状态向快速返回状态转 变过快 , 在系统中引起压力冲击并使上滑块动作不平 稳而设置的 , 它的主要 功用是使液压缸上腔释压后 , 压力油才能通入该缸下腔。 液压技术 21 液压机技术的发展现状 液压机的液压系统和整机机构等方面发展已经相当成熟，国内外机型无较大差 距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止 冲击振动等方面有明显的改善2。 1）路设计方面，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了广泛的应用。 国外已广泛采用封闭式循环油路 设计，可有效地防止泄露和污染，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。 2）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实现故 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。 3）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 型虽然品种齐全，但技术含量相比较低，缺乏高档机型，这与机电液一体化和中 小批量肉刑发展趋势不相适应。 当前，国内外液压机产品中控制系统分为以下三种类型： 1）以继电器为主控制元件的传统型控制系统。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 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 8 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，国外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更高 的机型组织生产。 2）采用可编程控制器（PLC）的控制系统。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， 早期的可编程控制器只能进行简单的逻 辑控制，随着技术的不断发展，一些厂家采用微电子处理器作为可编程控制器的 中央处理单元（CPU） ，不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制，扩 大了控制器的功能。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但还是介于继电器 控制和工业控制之间的一种控制方式，与工业控制机相比还有很大差距。当前， 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 控 制来提高可靠性和控制性。 国外的厂家如丹麦的 STENHQJ 公司采用 STEMENS 的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。 3）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/单板机作为住控制单元，通过外围数字接口器件（如 A/D 或 D/A 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：具有友 好的人机交互性；可顺利实现对工件参数（如压力、速度、行程）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，如美国的 MULTIPRESS；丹麦的 STENHQJ 和加拿大的 BROWN BOGGS 等公司，而国内少有该类产品。 2.2 液压机技术发展趋势 目前，随着科技发展的日新月异，液压机的技术含量也在日益增高，其主要发展 趋势可分为如下几点： 1）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。 2）机电掖一体化，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。 3）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方面，应能够实现对系统的自动诊断和调 吉林化工学院本科毕业设计文献综述 9 整，具有故障预处理功能。 4）压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露 和污染，标准化的元件为机器的维修带来方便。 2.3 液压机的基本参数及其选用 液压机的基本参数是基本技术数据， 是根据液压机的工艺用途及结构类型来确定 的，对于本次设计的三梁四柱式液压机，主要设计参数如图 2-1 所示： 1）标称压力（KN） 。标称压力是液压机的主要设计参数。它反映了液压机的主 要工作能力，是液压机名义上能产生的最大压力，数值上等于工作柱塞总的面积 与液体压力的乘积。 本次设计液压机标称压力为给定原始数据 2500KN。 2）最大工作行程：最大工作距离