两柱立式液压机系统设计

辽宁科技大学本科生毕业设计第40页两柱立式液压机系统设计摘要液压机是制品成型生产中应用最广的设备之一，目前国内大部分企业还沿袭传统方法进行液压机设计，导致液压机结构过于保守、设计周期长、效率低、造成了人力和物力的浪费，也影响了产品的市场竞争力，为了深入了解它的工作状态，以便今后改进提高液压机的效率。所以我进行了两柱立式液压机的系统设计。首先，对系统的负载做了简单的分析，之后通过对液压机的液压系统的设计，计算出了系统中的液压缸和各类阀的技术参数，在这些数据的基础上找出了与液压机相匹配的电动机、液压泵站，并且通过这些数据对系统的发热进行了验算，进一步的算出系统的效率，同时对液压机中起辅助作用的部分元件进行了选择，最后根据液压机中阀的得电失电做出了液压机的动作顺序图，通过动作顺序设计出了液压机系统的电气控制，实现了机电相结合。关键词：液压机；电气图；液压系统SystemDesignOfTwo-columnVerticalHydraulicAbstractHydraulicmoldingmachineismanufacturedproductionequipment,theapplicationofoneofthemostextensive,mostdomesticenterpriseshavealsofollowedthetraditionalmethodofhydraulicdesign,resultinginthestructureofthehydraulicmachineistooconservative,longdesigncycles,lowefficiency,resultinginwasteofhumanandmaterialresources,butalsotheproduct'smarketcompetitiveness,inordertobetterunderstandingofthestatusofitsworkforthefuturetoimprovetheefficiencyofhydraulicmachines.Therefore,Iconductedatwo-columnverticalhydraulicsystemdesign.Firstofall,theloadonthesystemhavedoneasimpleanalysis,followedbyhydraulicpressurethroughthehydraulicsystemdesign,calculationofthesystemcomponentsandvarioustypesofvalvecylindertechnicalparameters,inthebasisofthesedatatoidentifywiththehydraulicpressmatchthemotor,hydraulicpumpstations,andthroughthedataonthesystemforcheckingtheheat,andfurthercalculatetheefficiencyofthesystem,hydraulicpressureatthesametimeplayasupportingroleinsomecomponentsoftheselection,thefinalmachineaccordingtohydraulicvalvewaslossofelectricalpowertothehydraulicactionsequence,actionsequencethroughthehydraulicdesignoftheelectricalcontrolsystemtoachieveacombinationofmechanicalandelectrical.Keywords:HydraulicPress;Electricaldiagram;HydraulicSystem目录1绪论 11.1前言 11.1.1液压机及液压技术的概况 11.2液压机的发展历程和发展趋势 21.2.1液压机的发展历程 21.2.2液压机发展的现状 31.2.3液压机的发展趋势 51.2.4液压机的特点 52工作状况分析 72.1负载分析 73液压系统的设计 93.1液压系统的计算 93.1.1主传动系统的计算 93.1.2确定油缸的工作压力和尺寸 104拟定液压系统原理图 134.1确定液压系统的基本形式 134.1.1选用开式系统或闭式系统 134.1.2选用节流调速、容积调速或分级调速 134.1.3选用调压回路和调速回路 134.2确定液压系统图 134.2.1液压系统图的要求 134.2.2系统图 154.2.3主传动系统 154.2.4控制系统 175泵站和阀的选取 195.1液压泵站 195.1.1油泵工作压力的确定 195.1.2流量的计算 205.2液压阀的选用 215.2.1控制系统的计算 245.2.2控制油泵的输入功率 256液压辅助元件的选取 266.1液压辅助装置 266.1.2滤油器 266.1.3空气滤清器的选择 266.1.4液位计的选择 276.1.5管件 276.1.6油箱 287液压系统的发热计算 317.1液压系统的验算 318继电器的电气控制 338.1继电器 338.1.1继电器的原理 338.1.2继电器使用环境 338.1.3继电器的动作顺序 34结论 36致谢 37参考文献 381绪论1.1前言液压机利用帕斯卡定律制成的利用液体压强传动的机械，种类很多。当然，用途也根据需要是多种多样的。如按传递压强的液体种类来分，有油压机和水压机两大类。水压机产生的总压力较大，常用于锻造和冲压。锻造水压机又分为模锻水压机和自由锻水压机两种。模锻水压机要用模具，而自由锻水压机不用模具。我国制造的第一台万吨水压机就是自由锻造水压机。液压机（油压机）按结构形式现主要分为：四柱式、单柱式（C型）、卧式、立式框架等。按用途主要分为金属成型、折弯、拉伸、冲裁、粉未（金属，非金属）成型、压装、挤压等。1.1.1液压机及液压技术的概况液压机通常指液压泵和液压马达，液压机和液压马达都是液压系统中的能量转换装置，不同的是液压泵把驱动电动机的机械能转换成油液的压力能，是液压系统中的动力装置，而液压马达是把油液的压力能转换成机械能，是液压系统中的执行装置。液压系统中常用的液压泵和马达液压机都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变化进行吸油和压油的。从工作原理上来说，大部分液压泵和液压马达是互逆的，即输入压力油，液压泵就变成液压马达，就可输出转速和转矩，但在结构上，液压泵和液压马达还是有些差异的。液压机的维修:过盈配合的零件拆装采用锤敲、棍橇劳动强度大效率低且不安全，还容易打坏零件，以及用加热法操作困难、增加维修成本的缺点提供的，是在支架的顶部，安装有活塞杆竖直向下的液压油缸，活塞杆的下端安装有压头；支架上在活塞杆的下部，水平固定有工作台；与油泵连接的输油管通过换向阀与液压油缸连接。用液压油缸的压力装卸零件，没有猛烈的锤击棍橇，不损坏零件，也不用加热耗能，安全可靠节能，安装精度高。液压技术的优点：1.功率体积比大在同样体积时的出力大，或者说在同样功率时的体积小。这是因为，液压传动是依靠面积来作功的，虽然机械的接触强度比液压正常的油压力大一个数量级，但由于机械传动多为点或线接触传动，液压传动出力远大于机械传动。2.液压传动能在大范围内实现无级变速机械无级变速比较困难，只使用于小功率系统。液压传动很容易实现无级变速，且输出功率大，特别在极低速状态下能稳定工作。3.液压传动系统容易实现自动化液压传动系统对流量，方向和压力的控制有多种操纵方式，其中较常用的是电磁操纵，因此，液压系统是PLC等计算机控制系统的典型控制对象，很容易实现开关控制，顺序控制，以及比例控制，伺服控制等复杂的控制系统。液压技术的特点：液压装置的工作比较平稳。液压传动以液压油为工作介质，油液流动过程中有一定的阻尼作用，因而运动平稳性好，冲击小。液压传动系统易于实现过载保护。液压传动装置过载时，压力控制回路能及时溢流，释放能量，有效防止设备损坏。液压执行元件的布置比较灵活，易于实现直线运动。液压元件已实现标准化，系列化和通用化。1.2液压机的发展历程和发展趋势1.2.1液压机的发展历程人们为了制造工具，最初是用人力、畜力转动轮子来举起重锤锻打工件的，这是最古老的锻压机械。14世纪出现了水力落锤。15～16世纪航海业蓬勃发展，为了锻造铁锚等，出现了水力驱动的杠杆锤。18世纪出现了蒸汽机和火车，因而需要更大的锻件。1842年，英国工程师内史密斯创制第一台蒸汽锤，开始了蒸汽动力锻压机械的时代。1795年,英国的布拉默发明水压机，但直到19世纪中叶，由于大锻件的需要才应用于锻造。随着电动机的发明，十九世纪末出现了以电为动力的机械压力机和空气锤，并获得迅速发展。第二次世界大战以来，七十五万千牛的模锻水压机、一千五百千焦的对击锤、六万千牛的板料冲压压力机、十六万千牛的热模锻压力机等重型锻压机械，和一些自动冷镦机相继问世，形成了门类齐全的锻压机械体系。二十世纪60年代以后，锻压机械改变了从19世纪开始的，向重型和大型方向发展的趋势，转而向高速、高效、自动、精密、专用、多品种生产等方向发展。于是出现了每分种行程2000次的高速压力机、六万千牛的三坐标多工位压力机、两万五千千牛的精密冲裁压力机、能冷镦直径为48毫米钢材的多工位自动冷镦机和多种自动机，自动生产线等。各种机械控制的、数字控制的和计算机控制的自动锻压机械以及与之配套的操作机、机械手和工业机器人也相继研制成功。现代化的锻压机械可生产精确制品，有良好的劳动条件，环境污染很小。锻压机械主要包括各种锻锤、各种压力机和其他辅助机械。锻锤是由重锤落下或强迫高速运动产生的动能，对坯料做功，使之塑性变形的机械。锻锤是最常见、历史最悠久的锻压机械。它结构简单、工作灵活、使用面广、易于维修，适用于自由锻和模锻。但震动较大，较难实现自动化生产。机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。冷镦机等各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机等，也具有与机械压力机相似的传动机构，可以说是机械压力机的派生系列。液压机是以高压液体(油、乳化液等)传送工作压力的锻压机械。液压机的行程是可变的，能够在任意位置发出最大的工作力。液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大的锻造深度，最适合于大锻件的锻造和大规格板料的拉深、打包和压块等工作。液压机主要包括水压机和油压机。某些弯曲、矫正、剪切机械也属于液压机一类。旋转锻压机是锻造与轧制相结合的锻压机械。在旋转锻压机上，变形过程是由局部变形逐渐扩展而完成的，所以变形抗力小、机器质量小、工作平稳、无震动，易实现自动化生产。辊锻机、成形轧制机、卷板机、多辊矫直机、辗扩机、旋压机等都属于旋转锻压机。1.2.2液压机发展的现状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，主要差别在于加式工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击振动方面有明显改善。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。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。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，但技术含量相比较低，缺乏高档机型，这与机电液一体化和中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。当前国内外液压机产品控制系统分为以下3种类型。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高的机型组织生产。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。早期的可编程序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序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机控制之间的一种控制方式，与工业控制机相比还有很大的差距。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。应用高级微处理机（或工业控制计算机）的高性能控制系统：该控制方式划在计算机控制技术成熟发展的基础上采用一种高科技含量的控制方式，以工业控制机或单片/单板机作为主控单元，通过外围接口器件（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方式的主要特点为：具有友好的人机交互性，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产品，如美国MULTIPRESS、丹麦STENHQJ和加拿大BROWNBOG-GS等公司，而国内很少有该类产品。1.2.3液压机的发展趋势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。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，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。4.液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来了方便。当今液压机明显地向用户个性化定制发展。一般精度的零件和普通的成形工艺，用户都能掌握，但是高精度近净成形全套技术装备一般要求液压机制造厂，模具设计制造厂与零件生产厂，甚至高校及研究所多方合作才能完成。就是说，面向用户的精密成形工艺必须使用CAPP和CAM设计与制造。现在用户拿钱购买的不仅仅是液压机，而是为用户打造精密成形零件的全套解决方案。由于其压力稳定而且压力调节方便，加工工件的一致性好，故用来作为一些公司小产品小零件的装配与成形．为了提高机床的信号准确性与操作的方便直观性，又添加了电脑控制以及液晶显示系统与压力传感器，使操作更加具有人性化，压力直观地显示在电脑箱上，数字信号准确性提高了机床的精确性，液晶显示机床的工作状态。我国数控机床在30年发展历史中闯过两道关，第一道关是数控系统关，第二道关就是解决各种配套件精度及可靠性问题。现在，要从中低档普及型发展到具有国际先进水平的中高档数控机床，必须过第三道关，那就是现代化设计关。近几年“天锻厂”与天津大学合作，应用基于广义模块化、参数化设计及CAE有限元分析，进行液压机结构钢度的设计。这比过去主要靠经验数据设计，周期短，设计质量高，而且可在同机型的产品族内，根据用户要求，用参数化变量化快速进行产品变型设计，并在保证刚度的条件下，减少机床本身重量。据资料介绍我国同号称压力的液压机重量比日本重20%以上。天津大学用ANSYS软件进行分析计算，在保证允许应变的情况下，现有液压机确实可以减少许多重量。提高产品每吨单价，直接提高了企业经济效益。

1.2.4液压机的特点为了获得巨大的压力，又不致使机器体积过于庞大，所以多采用高压系统，一般压力都在10到40MPa。有的甚至采用超高压达到80到140MPa。由于加工工艺的要求，加压的工作行程速度很慢，甚至要一段时间停车保压；而为了节约时间提高生产率，要求空行程速度要快。因此，液压机的另一个特点就是工作行程和空行程的速度差别大。2工作状况分析已知条件和要求:加压压力为2200000；回程压力为800000；高压下行速度为2；高压回程速度为4；低压下行速度为60；低压回程速度为60；运动部件总质量为2000；油缸的最大行程为1000。负载循环如图2.1图2.1负载循环2.1负载分析1.工作负载它是由于工作机构的有效最大负载决定，如液压机的压制力，起重机的起重力，回转窑的驱动力，机床的切削力等。这项负载往往是油缸的主要负载，这里为2200000。是构成总负载的基本部分，一般为正值，但也有负值的情况。2.摩檫阻力摩檫阻力来自油缸本身及油缸所驱动的运动部件，例如油缸中活塞与缸筒内壁，活塞杆与导向套之间的密封摩檫；机床的工作台与导轨之间的摩檫，液压机的活动横梁的导向套与立柱之间的摩檫等。这里=0.1=0.12200000=220000。可粗略地估计为3.惯性负载它是工作机构加速或减速时产生的惯性作用力的平均值，可按公式（2.1）计算（2.1）式中：——移动部件的总质量，；——移动部件的加速度，；——移动部件的速度变化值，；——移动部件起动或制动过程所经历的时间，。对运动部件质量小，速度慢而起动时间长的工作机构，其值很小可以忽略不计。对加速过程取正值，减速过程取负值，匀速运动过程取零。回油阻力它由系统背压决定，可按公式（2.2）计算（2.2）式中：——是油缸的背压，；——是受背压作用的活塞面积，。——对柱塞油缸或没有背压的活塞油缸，可认为。油缸在工作过程中受到的总负载，也就是油液给柱塞或活塞的推力，可表达为：3液压系统的设计3.1液压系统的计算3.1.1主传动系统的计算液压缸液压缸是实现直线往复运动的执行装置，按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按固定形式的不同可分为缸筒固定和活塞杆固定两种；按作用方式又可分为单作用式和双作用式两种。在双作用式液压缸中，具有两个密封的容积空腔，在工作时，压力油则交替供入液压缸的两腔，使缸实现正反两个方向的往复运动。而在单作用式液压缸中，只有一个密封的容腔空间，压力油只能供入液压缸的这一个腔，使缸实现单方向运动，反方向运动则依靠外力来实现。液压缸结构如图3.1图3.1液压缸的结构液压缸工作原理液压缸的工作原理是:讲到它的工作原理要先说它的最基本5个部件，1-缸筒和缸盖2-活塞和活塞杆3-密封装置4-缓冲装置5-排气装置

。每种缸的工作原来几乎都是相似的，拿一个手动千斤顶来说它的工作原理，千斤顶其实也就是个最简单的油缸了。通过手动增压杆(液压手动泵)使液压油经过一个单向阀进入油缸，这时进入油缸的液压油因为单项阀的原因不能再倒退回来，逼迫缸杆向上,然后在继续使液压油不断进入液压缸,就这样不断上上升，要降的时候就打开液压阀，使液压油回到油箱。根据负载循环图可知，油缸在一个工作循环内，有四种推力，分别发生于低压下行、高压下行、高压回程和低压回程的工作过程中。液压机高压下行时，是主要的加压工作过程，必须确保它的推力要求。其推力可按公式（3.1）计算，即（3.1）式中=2200000；不易计算准确，可粗略地取=0.1=0.12200000=220000；和因活塞速度甚慢而忽略不计；G是运动部件的总重力，当活塞下行时，它是负的负载，因而取负号，G=20000。故按照同样的分析方法，可以得出高压回程时油缸的推力，不过这时运动部件总重力G应取正号，即3.1.2确定油缸的工作压力和尺寸前面已分析过，由于液压机推力很大，为了使结构紧凑，一般多采用高压系统，本系统拟选用32MPa的工作压力。考虑到系统的阻力损失，扣除2MPa，因而油缸工作压力只有30MPa。油缸直径D可按公式（3.2）计算，即（3.2）故活塞杆直径d可按公式（3.3）计算，即（3.3）故根据工作条件的要求和选定的液压系统，油缸高压下行和高压回程都是由一台高压变量泵供油，而低压下行和低压回程则由高低压两台泵同时供油，而且低压下行时，油缸又采用差动连接形式。为满足低压下行和低压回程速度相同(均为60)的这一基本要求，对差动连接油缸来说，活塞直径D与活塞杆直径d应保持的关系，故最后确定取D=0.32，d=0.23。在这里需要说明一下，活塞直径D和活塞杆直径d都有标准系列，应尽量选用标准值，只有在特殊情况下，才采用非标准值。我们所确定的米是标谁值，但米却是非标准值。由于活塞杆直径d由0.25缩小为0.23，所以高压回程时的工作压力将变得比30MPa要小，可按公式（3.4）重新算出（3.4）油缸其它主要尺寸的计算：油缸壁厚可按公式（3.5）计算，油缸材料为锻刚，MPa，故（3.5）油缸外径为活塞杆强度验算可公式（3.6）计算，即（3.6）因为MPa故知活塞强度足够。活塞杆的稳定性不必验算，因为活塞杆长度L=1000(即已知的油缸最大行程)，活塞杆直径d=230，，属于短压杆，所以不会失稳。4拟定液压系统原理图4.1确定液压系统的基本形式4.1.1选用开式系统或闭式系统通常对于固定式机械总是采用开式系统，即系统中包含一个主油箱，作为油液循环的开口环节，有利于油液的冷却和净化，但不够紧凑，不过固定机械对紧凑问题要求不那么严格。对于行走工作机械或飞行器之类的移动式机械来说，希望液压装置尽量紧凑轻巧，因而多采用闭式系统，即系统中没有大型的主油箱，只有小型辅助油箱，油泵与执行机构的进出油管直接相连，形成闭路循环。所以液压机系统选开式系统。4.1.2选用节流调速、容积调速或分级调速这要根据系统的功率大小和系统特点而定。对效率要求不高的小功率系统，常用节流调速，图其结构简单方便，对效率要求高的大功率系统，则宁愿使用结构较复杂的容积调速或分级调速，旨在尽量减少能量损失。所以本系统选节流调速。4.1.3选用调压回路和调速回路调压回路的功用是使液压系统整体或者部分的压力保持恒定或者不超过某个数值。在定量泵系统中，液压泵的供油压力可以通过溢流阀来调节。在变量泵系统中，用安全阀来限定系统的最高压力，防止系统过载。速度控制回路的功用是对液压系统中执行元件的速度进行调节和控制。执行元件的速度能在一定范围内加以调节，由空载进入加工状态时，速度要能由快速运动稳定地转换为工进速度，为提高效率，空载快进速度应该大于工作进给的速度，甚至能使泵的流量有所增加。工作完毕后的退回同样也要求大于工作进给的速度。4.2确定液压系统图4.2.1液压系统图的要求拟定液压系统图，就是合理应用压力控制回路、速度控制回路和方向控制回路等基本回路的有关知识和各种液压元件的基本特性及功能的知识，组成一个能满足工作机构要求的液压系统。在绘制液压系统图时，一般可按下列顺序进行：先画出油缸或油马达和油泵，然后画出换向回路、调压回路、调速回路;最后可按实现各种动作顺序及自动循环的控制原则，逐个接入必要的控制元件和配备相应的辅助装置。在拟定液压系统图时，常须注意几个重要的间题:1.当系统包括较多的执行机构时，要防止互相干扰和影响。例如用一台油泵向几个油缸或油马达供油，当其中一个油缸的负载突然降低时，会使并联的其它所有的油缸或油马达的压力也随之降低，建立不起压力，因而不能正常工作。如果几个油缸的耗油量和工作压力相差很大时，就应考虑用多台油泵分别单独供油，或装设单向阀、减压阀、顺序阀等，以便控制各油缸或马达完成规定的动作。2.系统的组成应力求简化，避免出现多余回路或多余装置和元件，不必要的复杂化，不仅浪费，而且导致故障增加，多消耗能量，使油液发热，维修不便等。应当遵循的原则是:完成同样动作要求，使用的元件越少和回路越简单越好;对系统中所用的每个元件的作用要能说出它的作用，不然那个元件就该是多余的，一定要取消。设计时，.还必须尽力使系统及元件符合标准化、系列化和通用化的“三化”要求，尽可能地选用标准件和通用件，只有在满足不了要求的特殊情况下，才迫不得已设计专用的非标准件，这样做可以多快好省。3.要保证系统使用可靠，尽量提高设备的运转率。当系统有过载危险存在时，应装设安全阀;还应考虑负载突然消失造成工作机构飞车的可能性;对垂直运动的大质量负载，要有平衡和限速装置，某些精密元件，由于油温过高或油污，可能引起卡住失灵现象，对油温和油液净化装置要特别注意。为了防止和及时发现故障，在比较重要的液压系统中，应当装设诸如故障显示信号灯、油脏报警器、油温报警器、起动预告警号、自动停车和紧急停车按钮等。关键性和易出故障的装置要考虑配有备用件，一有故障便可替换或自动换接。对最重要的设备，还要考虑不停车更换损坏的装置的可能性等。4.还要采取措施减少系统的振动、冲击，噪声、漏油污染环境等，对高温、低温、潮湿、腐蚀、灰尘等使用场合，应有专门的适应措施。5.要特别注意液压系统安装、操作和经常性的维护检修方便以及对操作者可靠的安全保护设施。4.2.2系统图本系统的原理如图4.1图4.1液压机的系统原理4.2.3主传动系统主传动系统由两台并联的油泵12和14联合供油，其中泵12是变量轴向柱塞泵，高压小流量，压力为32，流量为16；而泵14则是定量齿轮泵，低压大流量，压力为2.5MPa，流量为125，两台泵能够自动适应油缸压力和速度变化的需求。当电磁铁2DT通电是换向阀6处于右位时，两台泵同时向油缸18供油，压力由溢流阀15调定为2.5MPa，流量则为二泵流量之和（变量泵取最大流量）。油液流经换向阀6的右位通道，经液控单向阀4进入油缸上腔，活塞空程快速下降，接近被压制的工件。油缸下腔的油液，经单向顺序阀1和换向阀6的右位通道以后，一部分油液经过阻尼孔11流回油箱，但大部分油液又经单向阀5和液控单向阀4回到油缸上腔，形成差动连接油缸，使活塞下行更快。单向顺序阀1的作用，是形成一定的背压防止活塞及活动横梁等因自重而下滑，为了防止活塞等部件下滑，顺序阀的开启压力应等于或稍大于移动部件自重所产生的压力值。当活塞走完下行的空程以后，即与工件接触，合模加压。为了使被压工件有充分的变形时间，加压过程必须是慢速的，这就要求油泵减少向油缸内的供油量。因此，在适当位置上设置行程开关，当合模加压开始时，压下行程开关2HC，使二位二通电磁换向阀16的电磁铁1DT通电导通该阀，随之使导通先导式溢流阀15，使低压大流量泵14卸荷，单向阀9关闭。这时只有一台高压小流量泵12供油就可以满足活塞慢速加压行程的需要。系统的压力由溢流阀3调定为32MPa，而流量则由变量泵12自身调节。这时油缸下腔的回油经单向顺序阀1和换向阀6的右位通道，全部流回油箱，不在流回油腔上腔。因为这时单向阀5的右侧压力远大于其左侧压力，使其紧闭。当加压达到预定值时，电接触式压力计2（相当与压力继电器）动作，切断系统全部电源，油泵停止供油，换向阀6处于中位，油缸的进出口均被封闭，油缸内保持着高压油，继续维持对工件的加压作用，这就是保压过程，时间在0到24分钟范围内调节，由时间继电器调定保压时间。为了防止泄漏，在油缸进口装上液控单向阀（即液压锁），因为换向阀中位的锁紧是不可靠的（泄漏大）。当由于漏油而引起油缸压力下降到准许值以下时，电接触压力计又动作，重新起动油泵向油缸内补油加压。保压完成以后，在起动油泵，并使电磁铁1DT和3DT通电，这时低压大流量泵14仍处于卸荷状态，只有高压小流量泵12单独供油。换向阀6处于左位，所以油液经换向阀6的左位通道和单向顺序阀1中的单向阀，进入油缸下腔，使活塞低速上升，完成脱模过程。这时所需压力稍低，由溢流阀17调定为24MPa，高压溢流阀3失去作用。在压力油的作用下，液控单向阀4被反向导通，使油缸上腔的油液得以流回油箱。活塞移动一定距离使压模离开工件以后，便快速上升。这时开关2HC动作，使电磁铁1DT断电，关闭二位二通电磁阀16，进而关闭了溢流阀15，于是泵14右开始供油，油缸活塞快速上升。当升到最高位时，压下开关1HC，使电磁铁3DT断电，换向阀6到中位，活塞便停在最上面不动，等待下一次工作的开始，还可以用手动控制使活塞随时停止在任意位置上。在开始工作循环时，按下电钮使电磁铁2DT通电，换向阀处于右位，于是又重复上述的工作过程。4.2.4控制系统控制系统采用单独的低压齿轮泵10向电液换向阀13中的液动主换向阀6供应控制用低压油，其工作压力由溢流阀8调定为2MPa，流量为40。电液换向阀13是由电磁先导阀7和液动主阀6共同组成的，先导阀的回油单独引回油箱而不是接到主阀的回油口上。先导阀是三位四通Y型滑阀机能的换向阀，主阀是三位五通M型滑阀机能的换向阀。根据换向阀的分类原则，这个电液换向阀是属于弹簧对中型，外控式，外部回油，无阻尼器电液换向阀。这种型式的电液换向阀虽然增加了一台专用的辅助泵，但却提高了控制的可靠性，独立的控制系统将不受主传动系统的工况变化的干扰和影响。由于不带阻尼器，换向阀的换向时间是不能调节的。液压机的动作顺序，可以靠手动控制，也可以半自动控制。下面在简要地把液压机液压系统的几个特点归纳：立式液压机，由于活塞部件自重很大，有自由下滑的危险，因而必须采用平衡回路。本系统内由单向顺序阀1作为平衡阀组成平衡回路。根据液压机工作行程和空程之间速度和推力相差悬殊的特点，本系统采用双泵供油卸荷回路，可以适应系统中压力和流量变化大的要求，提高系统的效率，减少能力损失和油液发热现象。为了加快空行程的速度，提高机器的生产率，本系统还采用了差动连接回路。为了适应系统在不同工作阶段压力变换的要求，本系统采用了三级调压回路，三种压力分别由三个溢流阀3，17和15调定在32MPa，24MPa和2.5MPa。为了获得油缸的可靠保压效果，本系统采用了由换向阀和单向阀共同组成的锁紧回路。油缸的顺序工作回路是采取行程控制方式，比较灵活简便，只要移动行程开关的位置，即可改变顺序动作的程序和规律。系统采用定量泵和变量泵并联工作，可以实现分级调速和容级调速两种方案，可保持高效工作。为了使主换向阀工作可靠，系统采用主传动系统和控制系统分开设置的方案，彼此互不影响。5泵站和阀的选取5.1液压泵站液压泵是液压系统中的动力装置，是能量转换元件。它由原动机驱动，把输入机械能转换为油液的压力能再传输到系统中去，为执行元件提供动力。它是液压系统的核心元件。它的基本工作条件为：1、它必须构成密封容积，且在不断变化中能完成吸油和压油过程。2、在密封容积增大的吸油过程中，油箱必须与大气相通。3、吸、压油腔要互相分开，并有良好的密封性。泵站的结构如图5.1图5.1泵站的结构5.1.1高压泵工作压力的确定。高压泵的工作压力可公式（5.1）计算，即（5.1）式中系统阻力损失可按简化公式计算。在加压过程中，高压泵供给的油液流经一个三位五通换向阀和一个液控单向阀以后进入油缸上腔。根据表5.1可知，换向阀的局部阻力损失为0.2MPa，而单向阀则为0.05MPa。表5.1各种阀的局部损失阀的名称单向阀行程阀换向阀节流阀调速阀背压阀局部损失0.05~0.350.15~0.20.2~0.30.2~~0.3故低压泵工作压力的确定。低压泵只在油缸低压下行和低压回程时供油。显然低压回程时由于有运动部件的重力作用，使低压泵有较高的工作压力，因而我们只需要根据低压回程来确定低压泵的工作压力。低压回程时，油缸的推力仍可按式仍可按式计算，式中各项作用力分别为：；可按前已确定的220000，再按与工作压力成正比折算的办法换算，先假设油缸此时的工作压力为2MPa，则；，式中0.1兆帕为路上液控单向阀的局部阻力损失；0.3则为三位五通换向阀的局部阻力损失值，相应数值的上限，因为此时通过阀的流量较大。；G=20000。因而油缸推力为低压回程时油缸的工作压力为低压泵的工作压力为5.1.2流量的计算油缸的需油量。高压下行时油缸需油量为高压回程时油缸需油量为低压下行时油缸需油量为低压回程时油缸的需油量为油泵的供油量。高压泵的供油量为低压泵的供油量为油泵功率的计算根据上述计算，所选高压泵和低压泵的参数分别为高压变量泵，；其型号为10SCY14-1B低压定量泵，。其型号为CB-G本系统在2.5MPa压力以下时，两泵同时工作，功率为式中为泵的总效率，取。当压力为32时，高压泵单独工作，低压泵在0.15压力下卸荷，这时功率为可选用的电动机驱动两台油泵工作，其型号为Y160M1-2。5.2液压阀的选用液压机控制阀是液压系统中用来控制油液流动方向、压力和流量的元件。借助与这些阀，便能对执行元件的启动、停止、运动方向、速度、动作顺序和克服负载的能力进行调节与控制，使各类液压机械都能按要求协调地进行工作。液压控制阀对液压系统的工作过程和工作特性有重要的影响。液压机阀的分类如表5.2表5.2液压控制阀的分类分类方法种类详细分类按用途分压力控制阀溢流阀、减压阀、顺序阀、比例压力控制阀等流量控制阀节流阀、调速阀、分流阀、比例流量控制阀等方向控制阀单向阀、液控单向阀、换向阀、比例方向控制阀按控制原理分开关或定值控制阀压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀电液比例阀电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀伺服阀单、双极电液流量伺服阀、电液压力伺服阀按连接方式分管式连接螺纹式连接、法兰式连接板式连接单层连接板、双层连接板叠加式连接螺纹式插装、法兰式插装按操纵方式分人力操纵阀杠杆、踏板机械操纵阀挡块、弹簧、液压电动操纵阀电磁铁控制液压阀的基本共同点及要求尽管液压阀的种类繁多，且各种阀的功能和结构形式也有较大的差异，但它们之间均保持下述基本共同点：在结构上，所有液压阀都是由阀体、阀芯和驱动阀芯动作的元、部件组成；在工作原理上所有液压阀的开口大小、进出口间的压差以及通过阀的流量之间的关系都符合孔口流量公式，仅是各种阀控制的参数各不相同而已。液压系统中所使用的液压阀均应满足以下基本要求：动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小；油液流过时压力损失小；密封性能好；结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压力、调压或限压作用。溢流阀时油路压力控制阀，其作用主要是防止系统过载，保护油泵和油路系统的安全及保持油路系统的压力恒定。溢流阀的遥控口径换向阀和邮箱连同时，可使油路卸荷。此时溢流阀其卸荷作用。电液压换向阀电液压换向阀是由电磁铁和液动阀结合在一起构成的一种组合式换向阀。液控单向阀液控单向阀是一种通入控制液压油后即准许油液双向流动的单向阀，它是由单向阀和液控装置两部分组成。为了选择各种阀，现将各阀的最大工作压力和流量如表5.3表5.3阀的参数阀的名称压力（）流量（）阀的型号液控顺序阀1溢流阀3液控单向阀4单向阀5还向阀6单向阀9溢流阀15换向阀16溢流阀1723.232323232322.52.523.2170103401703401601601010DZ16DP-XYDB10SV30S20WH50S20DBW10DBW10DB10确定支承压力所谓支承压力，就是为了防止因运动部件的自重作用而使油缸活塞下滑所需的最低背压力值。在本系统中，这个背压由单向顺序阀1调定，按公式（5.2）计算，（5.2）即支承压力应等于或略大于0.515MPa。5.2.1控制系统的计算本系统的控制系统采用单独油泵供油的外控式电液换向阀。主换向阀6是控制系统中的执行机构，类似于一个柱塞式油缸。控制系统的计算，主要是计算控制油缸的流量、压力和输入功率。电液换向阀的结构如图5.2图5.2电液换向阀的结构控制流量的计算为了计算电液换向阀的控制流量，必须知道一些有关的基本参数，如表5.4表5.4电液换向阀的参数公称通径（）公称流量（）阀径（）阀杆行程（）公称压力（MPa）1020325080401002005001250203250651008121823343232323232控制流量可按公式（5.3）计算，（5.3）式中D——电液换向阀阀杆直径(阀径)，；S——电液换向阀阀杆的行程，它是指阀杆由中立位置至两端位置之间的距离，；t一换向时间，是指阀杆从阀体的一端移动到另一端所需的时间，。换向时间通常为0.05到0.8，如有阻尼器则可控制换向时间更长一些。本系统中的电液换向阀如果选用公称通径，的阀，并取，则控制流量为：这一流量也就是通过电液换向阀中的电磁先导阀的流量。大多数电液换向阀中的电磁先导阀的额定流量都是40，因而控制流量也可以不计算而直接取亦可。控制压力的确定控制压力的计算比较复杂，它取决于对中弹簧的刚摩、液压力、摩擦阻力等许多因素。弹簧对中式的控制压力较大，液压对中式的控制压力较小。控制压力值可由有关手册或产品样本中直接查取。本系统中的控制压力MPa。5.2.2控制油泵的输入功率根据上述计算和查取的和值，便可算出控制油泵的输人功率（即电动机功率)为溢流阀8可按MPa，来选择。6液压辅助元件的选取6.1液压辅助装置6.1.2滤油器液压系统的故障中大约一半以上是由于油液污染造成的。油液中不可避免地存在着颗粒状的固体杂质，它会划伤液压元件的结合面，严重的，会磨损或者卡死运动件，堵塞阀口，增加内部泄露，降低效率，增加发热，加剧油液的化学作用，使油液变质，系统工作可靠性大为降低。在适当的部位上安装滤油器可以清除油液中的固体杂质，使油液保持清洁，延长液压元件使用寿命，保证液压系统工作的可靠性。因此，滤油器作为液压系统必不可少的辅助元件，具有十分重要的地位。滤油器的主要性能指标有滤油精度，压降特性，纳垢容量，工作压力和温度等。滤油精度表示滤油器对各种不同尺寸污染颗粒的滤除能力。压降特性主要是指油液通过滤油器芯时所产生的压力损失。滤芯的精度越高，所产生的压力降越大；滤芯的有效过滤面积越大，通过单位面积的流量越小，其压力降就越小。纳垢容量是指滤油器在压力降达到规定值以前，可以滤除并容纳的污染物数量。纳垢容量越大，滤油器使用寿命越长。滤油器安装滤油器按其过滤精度的不同，有粗滤油器，普通滤油器，精密滤油器和特精滤油器四种选用时应注意以下几点：过滤精度应满足预定要求；能在较长时间内保持足够的通流能力；滤芯具有足够的强度，不因液压的作用而损坏；滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作；滤芯清洗或更换简便。实际中，滤油器应根据液压系统的技术要求，按过滤精度，通流能力，工作压力，油液黏度，工作温度等条件来选定其型号。6.1.3空气滤清器的选择空气滤清器一般包括滤清装置和注油过滤网，装于油箱顶部，防止空气中污染颗粒进入油箱，同时使大气和油箱相同，可以避免泵出现空穴现象。选择的具体型号：QUQ2-10X0.63技术参数如下：空气流量—0.63m/min空气过滤精度—10m6.1.4液位计的选择液位计是用来观测油箱中油液的液面的高度用的，也可以用来观测油液的温度。选择的具体型号：YWZ-200T技术参数如下：工作压力—(0.1-0.5)MPa工作温度—(-20-100)C6.1.5管件管件包括管道和管接头。液压系统用管道来传送工作液体，用管接头把油管与油管或元件连接起来。管件的选用原则是：要保证管中油液作层流流动，尽量短以便减小压力损失；要根据工作压力，安装位置来确定管材与连接结构，以保证管道和管接头有足够的强度和良好的密封性；与泵和阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径；装拆方便。安装要求管道应尽量短，横平竖直，转弯少。为避免管道皱折，以减少压力损失，硬管装配时的弯曲半径要足够大。管道悬伸较长时要适当设置管夹。管子选取如表6.1表6.1管子的参数管子外径mm101418222834425063弯曲半径mm5070758090100130150190管道尽量避免交叉，平行或交叉的油管间应有适当的间隔，以防干扰，振动，便于安装管接头。软管直线安装时候有3%到4%的余量，以适应油温变化，受拉和振动的需要。弯曲半径要大于9倍软管外径，弯曲处到管接头的距离至少是外径的6倍。软管不能靠近热源。管接头的型式和质量，直接影响系统的安装质量，油路阻力和连接强度，其密封性能是影响系统外泄露的重要原因。所以管接头的重要性不能忽视。管接头与其他元件之间可采用普通细牙螺纹连接。尺寸计算根据液压系统的流量和压力，计算管道的内径和壁厚。一般用下列两式计算：式中，和分别为管内的工作压力和最大流量；为准许的流速。推荐值为：吸油管取0.5到1.5，回油管取1.5到2，压力油管取2.5到56.1.6油箱油箱的主要功用是：储存液压系统工作所需的油液；散发系统工作中产生的热量；沉淀物并逸出油液中的气体。液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。整体式油箱利用主机的内腔作为油箱，这种油箱结构紧凑，各处漏油易于回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便。如果散热条件不好，就会使主机产生热变形。分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振动对主机工作精度的影响，因此得到了普遍的采用，特别在精密机械上。其结构如图6.1图6.1油箱结构基本结构为了在相同的容量下得到最大的散热面积，油箱外形以立方体或长六面体为宜，如油箱的顶盖上要安放泵和电动机以及阀的集成装置等。吸，回油管的设置泵的吸油管与系统回油管应尽量远离，为了防止吸油时吸入空气和回油时油液冲入油箱搅动液面，管口都应插入油箱最低油面以下，但距离箱底的距离要大于管径的2到3倍。回油管口应截成45度斜角，以增大通流面积，并面向与回油路相距最近的箱壁以利于散热和沉淀杂质。为防止箱底的沉淀物吸入液压泵，吸油管端部应装有足够过滤能力的滤油器，滤油器离箱壁至少要有3倍管径的距离，距离箱底不应小于20mm，以便四面进油。当系统油管单独接入油箱的情况下，其中阀的泄油管口应在液面之上，以免产生背压；液压马达和泵的泄油管则应引入液面之下，以免吸入空气。为防止油箱表面泄露油流入地面，必要时在油箱下面或顶盖四周设置盛油盘。隔板的设置设置隔板的目的是将油箱内吸油区与回油区分开，以增大油液循环的路程，减缓油液循环的速度，便于分离回油带来的空气和污物，提高散热效果。一般设置一个隔板，高度最好为箱内液面高度的四分之三。加油口与空气滤油器的设置加油口一般设置在油箱顶部容易接近处，加油口应带有滤网，平时加盖封闭。空气滤油器作用是使油箱始终与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物。液位计的设置液位计用于监测油面高度，故其窗口尺寸应能满足对最高与最低液位的观察，并应安装易于观察的地方。放油口与清洗窗的设置油箱底面可做成双斜面，也可做成向回油侧倾斜的单斜面，在最低处设放油口，平时堵住，换油时将其打开放走污油。换油时为便于清洗油箱，大容量的油箱一般均在侧壁设清洗窗，其位置应安排在便于吸油器的装拆的地方。防污密封油箱盖板和窗口连接处均需加密封垫，各油管通过的孔均需装密封圈，以防止外部污染物的进入。液压油在液压传动系统中，液压介质担负着转换、传递、控制能量的重要作用，同时起到润滑作用，其力学性质对液压系统的工作影响很大。在工作过程中，还要担负冷却、防腐、防锈等保护作用。因此液压系统对液压介质有一定要求：1、液压介质要有适宜的粘度和良好的粘-温特型。在使用的温度范围内，粘度随温度变化要小。2、润滑性能要好，具有较高的油膜强度。液压介质既是工作介质，又是运动部分之间的润滑剂，油液应能在零件的滑动表面上形成强度较高的油膜，以便形成液体润滑，避免发生干摩擦。3、对热、氧、水解有良好的稳定性，又较好的抗剪切性。4、有良好的消泡性和防锈性。5、对材料有一定的适应性。液压介质对系统中直接使用的各种金属、橡胶、塑料等不应由破坏，反之，这些材料也不应损坏液压介质的性能。最后，再确定一下油箱的容量。根据油箱有效容量的确定原则，对于本系统这样的高压小流量的固定工作机械，油箱的有效容量可取为：油箱的实际容量为：7液压系统的发热计算7.1液压系统的验算前已述及，液压系统的验算通常包括系统的流动阻力损失、系统的发热和温升系统的液压冲击、系统的效率等。但对一般的液压系统来说，主要是验算系统发热和系统的效率，这里也将这样做系统的发热验算首先要计算出系统的总发热量值，它是由下列三部分发热量组成的，由油泵能量损失所产生的热量油液流经阀孔时的发热量管路及其它损失引起的发热量取总发热量应为：故算出总发热量以后，可以按公式计算所需油箱容量也可以按公式直接算出温升，然后与相应的值比较，都可以判断出系统发热情况是否正常。我们采用前一种验算法，按公式有根据发热量算出的油箱有效容量为1177，它比已经确定的油箱有效容量1470小一些，因而所确定的油箱有效容量是合适的。系统的效率这里是以液压机加压过程来粗略地估算一下系统的效率，即从上述计算中可以看出，本液压系统的效率只有61%，能量损失还是比较大的。8继电器的电气控制8.1继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。伴随着电子工业的发展，特别是20世纪70年代