100T四柱液压机液压系统设计毕业论文

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目录

摘要

Abstract

1 绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 发展概况 (2)

2液压系统工况分析 (3)

2.1 载荷的组成和计算 (3)

2.1.1 主液压缸载荷的组成与计算 (3)

2.1.2 绘制负载图和速度图 (4)

2.1.3 初选系统工作压力 (4)

2.2 液压系统及元件的设计 (5)

2.2.1 拟定液压系统图 (5)

2.2.2 电磁铁动作顺序 (6)

3 液压缸的设计 (7)

3.1 液压缸基本结构设计 (7)

3.1.1 液压缸的类型 (7)

3.1.2 缸口部分结构 (7)

3.1.3 缸底结构 (7)

3.2 缸体结构设计 (7)

3.2.1 液压缸主要参数的确定 (7)

3.2.2 液压缸动作时的流量 (8)

3.2.3 缸的设计计算 (9)

3.2.4 活塞的设计 (12)

3.2.5 活塞杆的设计 (13)

3.2.6 导向环的设计 (15)

3.2.7 导向套的设计 (16)

3.2.8 缸盖的设计 (16)

4 液压元件的选择及性能验算 (19)

4.1 液压元件的选择 (19)

4.1.1 液压泵的选择 (19)

4.1.2 GE系列阀简介及选择 (20)

4.1.3 辅助元件的选择 (20)

4.1.4 管件的选择及计算 (21)

4.1.5 油箱容量的确定 (22)

4.2液压系统性能验算 (23)

4.2.1 液压系统压力损失 (23)

4.2.2 液压系统的发热温升计算 (24)

5 液压系统的PLC控制设计 (25)

5.1 PLC概述 (25)

5.2 控制部分设计 (25)

6 结论 (29)

参考文献

致谢

四柱液压机液压系统设计

1绪论

1.1 概述

液压机是一种以液体为工作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。液压机被广泛应用于机械工业的许多领域。例如在锻压领域，液压机被广泛应用于自由锻造、模锻、冲压、挤压、剪切、拉拔成型及超塑性等许多工艺中；在机械工业的其他领域，液压机被应用于粉末制品，塑料制品、磨料制品、金刚石成型、校正压桩、压砖、橡胶注塑成型等十分广泛的不同工作领域。

液压机一般是由本体、动力系统、液压控制系统三部分组成。本体一般是由机架、液压缸部件、运动部分及其导向装置以及其他辅助装置组成。工艺要求使影响液压机本体结构形式的最主要因素。由于在不同液压机上完成的工艺是多种多样的，因此液压机的本体结构形式也是不同的。根据机架形式，液压机可以分为立式和卧式；根据机架的组成形式，液压机可分为梁柱式、单柱式、框架式、钢丝缠绕预应力牌坊式等。其中三梁四柱式是最为常见的类型，如图1-1所示。其机身是由工作台、滑块、上横梁、立柱、锁母和调节螺母等组成。其执行元件的结构简单，结构上易于实现很大的工作压力、较大的工作空间，因此适应性强，便于压制大型工件或较长、较高的工件；由于执行元件结构简单，所以布置灵活，可以根据工艺要求来多方位布置；活动横梁的总行程和速度都可在一定范围内、相当大程度上调节，适应工艺过程对化快速度的不同要求；通过不同阀的组合实现工艺过程的不同顺序；安全性能好，不易超载，有利于保护模具；工作平稳。撞击、振动、噪声较小，对工人及厂房有很大好处。

图1-1四柱液压机

1.2发展趋势

随着应用了电子技术、计算及技术、信息技术、自动控制技术及新工艺、新材料的发展和应用，液压传动技术也在不断创新。自19世纪问世以来发展很快，已经广泛应用于国民经济的各个部门，种类繁多，发展迅速，成为机床行业的一个重要组成部分。但由于我国液压起步晚，液压机只有50年的发展历史，80年代以后我国液压机开始进入高速发展阶段。目前我国已建立了自己的液压机设计和制造行业。

由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展体现在新的方向。随着比例伺服技术的发展，液压机的停位精度、速度控制精度越来越高，液压机趋向高精度发展。高速化、高效化、低能耗提高了液压机的工作效率，降低生产成本；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。自动化不仅仅体现的在加工，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；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方便。

在国际上来看，由于技术发展趋于成熟，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、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、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较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。

2 液压系统工况分析

四柱液压机的工作过程如下：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。如2-1图所示。

图2-1液压机工作循环图

2.1 载荷的组成和计算

2.1.1主液压缸载荷的组成和计算

作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷g F ，导轨的摩擦力f F 和由于速度变化而产生的惯

性力a F 。

（1） 工作载荷g F

工件的压制抗力即为工作负载： N F 63g 1081.901.8910100?=??= （2） 导轨摩擦载荷f F

摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力。

N F F f f = (2-1)

N F --外载荷作用于导轨上的正压力（N ）；

f ---摩擦系数，分为静摩擦系数（3.0~2.0f s ≤）和动摩擦系数（1.0~05.0f d ≤）

静摩擦阻力： 0.25009.8980fs F N =??=

动摩擦阻力： 0.15009.849fd F N =??=

（3） 惯性载荷a F

t

v

g G F ??=

a (2-2)

N t v g G F 800.508.0500a =??

?

??=??=

式中g —重力加速度；g=9.812/m s ;

v ?-速度变化量（m/s ）；

t ?-起动或制动时间（s ）

。一般机械t ?=0.1-0.5s ，对轻载低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取t

v

??=0.5-1.52/m s 。

以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷W F 。工作载荷并非每个阶段都在，如该阶段没有工作，则g F =0。由于液压缸参数未定，估算背压力Fb=12000N 。

自重： 4900G mg N ==

m η-液压缸的机械效率，一般取0.90-0.95.

m

ηW

F F =

(2-3)

液压缸各阶段负载如表2-1所示。

表2-1 液压缸各阶段中的负载

工作状态 负载组成

负载值F/N 推力F/m η/N 启动 G F F F fs b -+=W 8080N 8977.8N 加速 G F F F F fd -++=a b W

8390N 9322.2N 快速下行 G F F F fd -+=b W 7590N 8433.3N 慢速加压 G F F F F g fd -++=b W

988590N 1098433.3N 快速返回

G F F fd +=W

5390N

5988.9N

2.1.2绘制负载图和速度图

由以上分析计算绘制主液压缸负载图和速度图，如图2-2。

图2-2 压力机液压缸的负载和速度图

2.1.3初选系统工作压力

根据重量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、工作可靠、使用维护方便的原则，针对设计系统在性能和动作方面的特性，确定了设计系统的工作压力。如表2-2、表2-3所示。本设计工作压力为25MPa 。

表2-2 按载荷选择工作压力

载荷/KN <5 5-10 10-20 20-30 30-50 >50 工作压力/MPa<0.8-1 1.5-2 2.5-3 3-4 4-5 ≥5

表2-3 各种机械常用的系统工作压力

机床

机械类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械

小型工程建筑

建筑机械

液压凿岩机

液压机

大中型挖掘机重型机械起重运输机械

工作压力/MPa 0.8-2 3-5 2-8 8-10 10-18 20-32 2.2 液压系统及元件的设计

2.2.1拟定液压系统图

根据系统的设计要求和工况图，确定基本回路，拟定油路控制原理图，如图2-3。

图2-3 油路控制原理图

1.主油箱

2.径向柱塞泵

3.顺序阀

4.先导式溢流阀

5.三位四通电磁换向阀

6. 二位四通电磁换向阀

7.压力继电器

8.单向阀

9.压力表10.补油箱

11.液控单向阀12.上缸13.背压阀14.液控单向阀15.行程开关16.下缸

17.节流阀18.三位四通电液换向阀

图2-3是油路控制原理系统图，工作时，电液换向阀5通电，压力油由泵2打出，经顺序阀3，进入电液换向阀5的右位，再通过单向阀8 ，进入上缸12的上腔。同时，经电磁阀6补油进入油缸上腔。回油从上缸的下腔经过（单向顺序阀）背压阀13和液控单向阀14，通过电液换向阀6，流回到油箱。

与此同时，上缸在自重的作用下，加速了向下的快速运动，使上缸的上腔瞬时间形成了真空带，补油箱10的油会通过液控单向阀11 ，被吸进上缸的上腔，以消除真空，保持上缸的快速下移。

当上缸带动上模与下模合模后，压力油继续输入上油缸的上腔，油缸上腔的压力开始升高，由于油压的升高，补油箱处的液控单向阀被关闭，切断了补油箱的供油，使上缸12下行速度开始放慢。油缸上腔压力继续升高，当压力超过了压力继电器9的调定值时，压力继电器发出信号，控制电液换向阀5转换到中位，切断油缸12上腔的供油，上缸停止运动，系统开始保压。

保压完后，电液换向阀5的左位被接通，泵2打出的压力油，经过顺序阀3，通过电液换向阀5的左位，再经过液控单向阀13 、（单向顺序阀）背压阀12 ，进入上油缸12的下腔，推动油缸向上运动，同时电磁阀6切换到左位，油箱补油加速回程。油缸12上腔的回油通过液控单向阀11 ，流回到补油箱10 。使得上缸能快速退回原位。

当将电液换向阀5的中位和电液换向阀18的右位接通时，泵2打出的压力油，经过电液换向阀18的左位，进入下缸16的下腔，回油从下缸16的上腔经过电液换向阀18的左位，流入回油箱，下缸上行顶出工件。

在工件取出后，电液换向阀18的右位开始工作，压力油进入下缸15的上腔，下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱，下缸向下运动，恢复原位。

阀12在保压时可防止上油缸12上腔的油液倒流，行程开关15用于控制上、下缸的极限位置，压力表分别显示上、下油缸和整个系统的压力。

2.2.2电磁铁动作顺序

图2-3油路控制原理图中电磁铁动作顺序见表2-4。

表2-4 电磁铁动作顺序表

动作名称

电磁换向阀电动机1YA2YA3YA4YA5YA6YA1D

电机启动+快速下行+++减速及压制+++保压+++卸压+++回程停止+顶出缸顶出++退回++静止

3液压缸的设计

3.1 液压缸基本结构设计

液压缸是液压系统的执行元件，它是一种把液体的压力能转换为机械能，以实现直线往复运动的能量转换装置。由于液压缸结构简单，工作可靠，在锻压设备中应用广泛。3.1.1 液压缸的类型

液压缸选用单作用活塞液压缸，单作用活塞缸的活塞、活塞杆和导向套上都装有密封圈，因而液压缸被分隔为两个互不相通的油管，当活塞腔通入高压油而活塞杆腔回油时，可实现工作进程，当从反方向进油和回油是，可实现回程。

3.1.2缸口部分结构

缸口部分采用了Y形密封圈、导向套、O形防尘圈和锁紧装置等组成，用来密封和引

导活塞杆。由于在设计中缸孔和活塞杆直径的差值不同，故缸口部分的结构也有所不同。

3.1.3缸底结构

缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。在本设计中采用平底结构。

平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。

3.1.4缓冲装置

缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向终端时在活塞和缸盖之间封住一部分油液，强迫它从小孔或油缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和端盖相撞击的目的。在液压缸中常见的装置是节流口可调式，节流口变化式两种。本设计中所设计的液压缸缓冲装置是节流阀调节。

3.2缸体结构设计

3.2.1液压缸主要参数的确定

（1）主缸的内径:

公称力F=1000KN=1×106KN，液体最大工作压力P=25MPa=25×106

a

P。

求得活塞面积：

S

活塞=

F

P

=0.042

m (3-1)

所以

S

活塞=

2

4

D

=0.042

m

即主缸内径D=0.2257m=225.7mm 。查表取

D=220mm

根据快上和快下的速度比值来确定活塞杆的直径：

22d 2-D D =27

80 得d=179.07mm 按标准取活塞杆直径

d=mm 180

液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、1.15等几种。表3-1给出了不同速度比是活塞杆直径d 和液压缸内径D 的关系。 由以上数据求出液压缸实际有效面积如下：

无杆腔： 1A = 2

4

D π=37992mm (3-2) 有杆腔： 2A =

22()4

D d π

-=125602mm (3-3)

活塞杆面积： A=1A -2A =254342mm (3-4)

表3-1 d 和D 的关系

φ

1.15

1.25

1.33

1.46

2

d 0.36D 0.45D 0.5D 0.56D 0.71D

(2) 确定液压缸的运动速度 本课题给定了液压缸的工作速度为：

空程速度：27s mm / 工作速度：12s mm / 回程速度：80s mm /

(3) 确定活塞杆的最大行程

本设计课题给定了活塞杆最大行程为600mm 。

3.2.2液压缸动作时的流量

液压缸的流量通过工作速度和液压缸的内径来确定。液压缸的空程速度为V 1 =27s mm /，工作速度为V 2 =12s mm /，回程速度为V 3=80s mm /.