300T液压机液压系统设计说明书.docx
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300T液压机液压系统设计说明书
300T液压机液压系统设计
摘要
液压机是一种以液体为工作介质,根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器。
液压机是一种锻压机械,它能完成调直、冷冲压、冷挤压等多种锻压工艺。
液压机的结构形式很多,但通常由横梁、立柱、工作台、滑块和顶出机构等部件组成。
本文为300T液压机液压系统设计,通过对液压机主缸及顶出缸进行工况分析,绘制其速度图和负载图。
选择液压基本回路,拟定液压系统原理图,使主缸能完成快速下行、减速压制、保压延时、泄压回程、停止的基本工作循环,顶出缸能实现顶出、退回、浮动压边的动作,之后对液压系统控制过程进行分析。
确定液压系统的主要参数,通过对压力、流量等参数的分析与计算,对泵、电机、控制阀等液压元件和辅助件进行了选择。
本次设计采用了集成块,除去与泵或液压缸等的连接仍然采用管接头和管道以外,其它各元件之间的连接都通过集成块上的通道,其结构更为紧凑,体积也相对更小,重量也更轻,大大减少管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声,并且液压系统安装、调试和维护方便,压力损失小,外形美观。
另外对液压站进行了总体布局。
通过液压系统压力损失和温升的验算,本文液压系统的设计可以满足液压机工作循环的动作要求,能够实现塑性材料的成型加工工艺。
关键词:
液压机,液压系统,原理图,集成块,液压站
THEDESIGNOF300THYDRAULICPRESS'HYDRAULICSYSTEM
ABSTRACT
HydraulicpressesaremachinesthatuseliquidasworkingmediumandaremadeaccordingtotheprincipleofPASCALtodeliverenergytoachievevariousprocesses.Hydraulicpressesaremetalformingmachineswhichcancompletevariousforgingtechnologysuchasalignment,coldforging,coldextrudingandsoon.Hydraulicpresseshavemanystructuralformsbutmoreoftenthannottheyarecomposedofcrossbeam,verticalpost,worktable,slideblockandejectorparts.Thispaperisaboutthedesignof300Thydraulicpress'shydraulicsystem,thoughtheconditionanalysisofthehydraulicpress'smaincylinderandejectioncylinder,wecandrawtheirvelocitydiagramsandloaddiagrams.Thenwechoosebasichydrauliccircuittoformthehydraulicsystemschematics.Wemustmakesurethemaincylindercancompletethebasicworkingcycleoffastdescending,decelerationrepression,timedelayofpressforming,relinef-pressurereturnandstop,andontheotherhand,ejectioncylindercanrealizetheactionofejection,returnandfloatingsidepressing.Afterthat,wemustanalysethecontrolprocessofthehydraulicsystem.Hydraulicsystem'smainparametersaredeterminedandthroughtheanalysisandcalculationofpressure,flowandotherparameters,andthenwecangoonthechoosehydrauliccomponentsandauxiliarypartssuchaspump,motor,filters,controlvalves.Thisdesignadoptedthemanifoldblock,andexceptthattheconnectionofpumpandhydrauliccylinderstillusesthepipesandpipejoints,theconnectionofothercomponentsallthroughthechannelofthemanifoldblock.Itsstructureismorecompact,volumeisrelativelysmaller,itsweightislighterwithoutpipeconnection.What'smore,itcaneliminateleakageoftubing,connectors,vibrationandnoise,also,theinstallation,commissioningandmaintenanceofhydraulicsystremareconvenient,lowpressuredrop,anditlooksmorebeautiful.Thepaperhasalsodesignedtheoveralllayoutofthehydraulicstation.whatismorethispaperhavethree-dimensionalgraphofintegratedblock,hydraulicpressurestation,whichmakeitmorebeautifulandaccessibletoreader.Thehydraulicsystemcanmeetthepressordercycleactionrequiresandrealizetheplasticmaterialforgingpress,stampingcoldextrusion,straightening,bendingformingprocessandothercontourmachiningtechnicthroughcheckcalculationofhydraulicsystempressurelossandthetemperatureofthehydraulicsystem.
KEYWORDS:
hydraulicpress,hydraulicsystem,systemdiagram,
manifoldblock,hydraulicstation
§1.2.1液压机主缸的工况分析4
§1.2.2液压机顶出缸的工况分析6
§2.1.1初选液压缸的工作压力7
§2.1.2确定液压缸的主要结构尺寸8
§2.2.1主缸流量的计算10
§2.2.1顶出缸流量的计算10
§3.3液压系统控制过程分析14
前言
液压传动在机械制造、冶金、工程机械、农工机械、轻工机械、航空、船舶等各个部门均有广泛应用。
而液压机是用来对金属、塑料、木材等材料进行压力加工的机械,也是最早应用液压传动的机械之一。
液压机自19世纪问世以来得到了很快的发展,在工业生产中已经有了广泛的应用,成了产品压力加工成型不可或缺的机械设备。
随着科学技术的日新月异,电子技术、液压技术的不断成熟,液压机也得到了更进一步的发展。
到目前为止,液压机的最大公称压力已经达到了750MN,控制技术也由原来传统的继电器控制变为可编程控制器和工业计算机控制,这使液压机的运行平稳性、控制精度、产品质量有了保证,同时生产效率得到了很大的提高。
液压机是利用液压传动技术进行压力加工的设备。
它与机械压力机相比,具有压力和速度可在广泛的范围内无极调整,可在任意位置输出全部功率和保持所需压力,结构布局灵活,各执行机构动作可方便地达到所希望的配合关系等等很多优点。
它与传统机械加工相比属于无屑加工,应用范围广泛,一般用于塑性材料的冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。
此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等产品的成型加工工艺,能实现复杂工件和不对称工件的加工,产品废品率较低。
液压机根据加工工件的不同性质,还可进行适当的压力行程调整,满足产品的加工要求。
液压机主要由主机、液压系统、电气系统三部分组成。
作为液压机两大组成部分的主机和液压系统,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。
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不仅体现在控制系统方面,也主要表现在高速化、高效化、低能耗;机电液一体化,以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的
完善;自动化、智能化,实现对系统的自动诊断和调整,具有故障预处理功能;液压元件集成化、标准化,以有效防止泄露和污染等四个方面。
近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点,它不需要另外的连接件其结构更为紧凑,体积也相对更小,重量也更轻无需管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。
逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点,从70年代初期开始出现,至今已得到了很快的发展。
本文主要内容是液压机液压系统的设计,通过具体的参数计算及工况分析,设计出液压缸的尺寸,拟定液压控制系统原理图,使主缸能完成快速下行、减速压制、保压延时、泄压回程、停止的基本工作循环,顶出缸能实现顶出、退回、停止的动作。
通过对压力、流量等参数的分析与计算,对泵、电机、控制阀、过滤器等液压元件和辅助件进行了选择。
本系统的液压元件采用板式集成块连接,它不需要另外的连接件其结构更为紧凑,体积也相对更小,重量也更轻无需管件连接,从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声,并且液压系统安装、调试和维修方便,压力损失小,外形美观。
此外对液压站进行了总体布局设计。
通过液压系统压力损失和温升的验算,本文液压系统的设计可以满足液压机顺序循环的动作要求,能够实现塑性材料的成型加工工艺。
通过对本课题进行设计,进一步理解和掌握液压系统、液压机、机械加工工艺等的理论知识,了解先进液压技术、工艺技术,提高液压系统分析能力、结构设计能力,加强分析和解决现场机械和结构设计问题的能力,为以后工作时的产品开发、技术改进打下坚实基础,并在实际的生产中灵活处理质量、生产率和成本之间的关系,获得良好的经济效益。
第1章液压系统设计要求和工况分析
§1.1明确对液压系统的设计要求
液压机以主运动中主要执行机构(主缸)可能输出的最大压力(吨位)作为液压机主要规格,并已系列化,顶料缸的吨位常采用主缸吨位的20%~50%。
由压力加工工艺需要来确定主缸的速度,一般在由泵直接供油的液压系统中,其工作行程速度不超过50mm∕s,快进速度不超过300mm∕s。
液压机液压系统工作压力的选择要满足主运动执行机构最大输出力的要求,选择较大的工作压力,可显著地减小缸径,使液压机尺寸减小,液压系统流量相应亦减小。
目前液压机液压系统工作压力常采用20~30MPa。
液压机液压传动系统是以压力控制为主的系统,由于液压传动用于机器的主传动,系统压力高、流量大、功率大,因此应特别注意提高系统的效率,而且要防止泄压时产生压力冲击,保证安全可靠。
设计过程中液压元件所选用型号正确、有理有据;整个液压系统设计科学、规范、合理。
此次毕业设计工艺要求及基本参数为:
工称压力300T,活动滑块最大行程800mm,压制速度6.8mm/s,回程速度52mm/s,顶出缸最大行程250mm,顶出缸顶出力30T,顶出速度65mm/s,回程速度138mm/s。
要求液压机实现的动作循环:
主缸:
快速下行—慢速加压—保压延时—快速回程—任意点停止。
顶出缸:
向上顶出—向下退回-浮动压边。
下图1-1为液压机的工作循环图:
图1-1液压机的工作循环
§1.2液压系统的工况分析
液压系统的工况分析就是分析设备在工作过程中,其执行元
件的负载和运动之间的变化规律。
在此基础上,绘制出负载循环
图和速度循环图。
在负载分析中,暂不考虑回油腔的背压力。
§1.2.1液压机主缸的工况分析
在毕业实习调查的基础上,用类比的方法初步确定了立式安
装的主液压缸活塞杆带动滑块及动横梁在立柱上滑动下行时,
运动部件的质量为1000Kg。
1.工作负载Fw:
由给定液压机的公称压力为300T,知工作负载
Fw=300000×9.8=2.94×106N
2.摩擦负载:
取静摩擦因数µs=0.2,动摩擦因数µd=0.1。
静摩擦阻力:
Ffs=0.2×1000×9.8=1960N
动摩擦阻力:
Ffd=0.1×1000×9.8=980N
3.惯性负载Fm:
取快进和快退时间为0.5s,主缸快进速度为52mm/s,
则Fm=
=
=1000×
=104N
滑块重量G=9800N
4.主液压缸在各工作阶段的负载值
其中:
ηm=0.95ηm为液压缸的机械效率,一般取ηm=0.9-0.97。
表1-1主缸各工作阶段负载值
工况
负载组成
推力F/
启动
加速
快进
工进
快退
5.负载图和速度图的绘制
设快速下行行程为600mm,由负载计算结果和已知各阶段的速度
可绘出负载图和速度图:
负载图速度图
图1-2主缸负载速度图
§1.2.2液压机顶出缸的工况分析
1.工作负载:
给定顶出缸顶出压力为30T,在毕业实习调查的基础上,用
类比的方法初步确定了回程压力15T,由此可以得出顶出缸工进
和回程时的工作负载分别为:
Fw1=30000×9.8=294000NFw2=15000×9.8=147000N
2.惯性负载:
设快进和回程加速时间都是0.5s,工作部件总质量为
500kg。
根据顶出和回程速度分别为65mm/s、138mm/s得
启动时:
Fm1=
=
=500×
=65N
Fm2=
=
=500×
=138N
工作部件重量G=4900N
3.阻力负载:
动摩擦阻力:
4.顶出缸在各工作阶段的负载值
其中:
ηm=0.95
为液压缸的机械效率,一般取
=0.9-0.97。
表1-2顶出缸各工作阶段负载值
工况
负载组成
推力F/
工进
315215.8N
回程
5.负载图和速度图的绘制
图1-3顶出缸速度负载图
第2章确定液压系统主要参数
§2.1确定液压缸的主要参数
§2.1.1初选液压缸的工作压力
表2-1几种机器常用的系统压力
机械类型
机床
农业机械
小型工程机械
液压机
重型机械
起重机械
磨床
组合机床
龙门刨床
拉床
工作压力/MPa
0.8~2
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
参考表2-1及根据同类型液压系统的工作压力选取液压缸的工
作压力p为25MPa。
§2.1.2确定液压缸的主要结构尺寸
本系统采用双作用单活塞杆液压缸。
1.主缸主要参数的确定
因主缸快进快退速度相等,选用差动液压缸由主缸负载图
可知最大负载Fmax1=
设主缸无活塞杆的缸筒内径
为
,初算时高压系统可不考虑背压,则
设主活塞杆直径为
,则
=
=0.278m
根据参考文献【1】查表1-24将液压缸内径圆整为标准
D1=400mm。
查表1-25将主活塞杆直径圆整为标准d1=280mm。
无杆腔面积A1=
有杆腔面积A2=
2.顶出缸主要参数的确定
设顶出缸内径为D2,则
顶出缸活塞缸直径为d2,顶出速度为65mm/s,退回速度为
138mm/s,V2/V1=138/65=2,则顶出缸的往返速比为2,
则d/D=0.7。
d2=0.7×0.127=0.089m
根据参考文献【1】查表1-24将液压缸内径圆整为标D2=125mm。
查表1-25将顶出缸活塞杆直径圆整为标准d2=90mm。
无杆腔面积A顶1=
有杆腔面积A顶2=
§2.2计算系统所需压力
取液压缸回油口到进油口之间的压力损失△P=0.5Mpa,系统
背压Pb=1MPa。
当系统快进时,所需压力为:
=
=0.67MPa
式中
1——快进时的负载(N)
A1——活塞的无杆腔横截面积(m
)
A2——活塞的有杆腔横截面积(m
)
△P——液压缸回油口到进油口之间的压力损失(MPa)
当系统工进时,所需的压力为:
2=
=25.1MPa
式中
2——工进时的负载(N)
b——背压力(MPa)
当系统快退时,所需的压力为:
3=
=2.14MPa
式中
3——快退时的负载(N)
§2.3系统流量的计算
§2.3.1主缸流量的计算
1.差动快进时主液压缸的流量为
式中:
—主缸快进速度(mm/s)。
2.工作时主液压缸的流量为
式中:
—主缸的工进速度(mm/s)。
3.回程时的主液压缸有杆腔进油流量为
式中:
—主缸回程速度(mm/s)
§2.3.2.顶出缸流量的计算
1.顶出缸流量的计算
顶出时顶出缸的无杆腔进油流量为
顶出时顶出缸的活塞腔排油流量为
式中:
—顶出缸顶出速度(mm/s)。
2.回程时顶出缸的有杆腔进油流量为
回程时顶出缸的活塞腔排油流量为
式中:
—顶出缸回程速度(mm/s)。
第3章液压机液压系统原理图设计
§3.1选择基本回路
§3.1.1.确定液压泵类型
液压系统的供油工况主要为快进、快退时的低压大流量供油和工进时的高压小流量供油两种工况。
液压机工进时负载大,运动速度慢,快进、快退时的负载相对于工进时要小很多,但是速度却比工进时要快。
为了提高液压机工作效率,可以采用高压大流量变量泵供油的方式。
此外设定还设计了一个低压小流量辅助泵,用于供应液动阀的控制油。
§3.1.2.速度控制回路
在液压系统中,执行元件的速度是由供给执行元件的液体流量和作用在执行元件(如工作缸活塞)上的有效工作面积来决定的。
由于执行元件的有效工作面积在系统运行过程中无法改变,因此,为了控制执行元件的运动速度,一般只能通过改变输入液压缸流量的办法来实现。
常用的速度控制回路有调速回路、快速回路、速度换接回路等。
1.调速回路
本设计采用变量泵和液压缸组成的恒功率变量泵调速回路,恒功率变量泵的出口直接接液压缸的工作腔,泵的输出流量全部进入液压缸,泵的出口压力为液压缸的负载压力。
因为负载压力反馈作用在泵的变量活塞上,与弹簧力比较,因此负载压力增大时,泵的排量自动减小,并保持压力和流量的乘积为常数,即功率恒定。
2.快速运动回路
为了提高生产效率,机床工作部件常常要求实现空行程(或空载)的快速运动。
这时要求液压系统流量大而压力低。
这和工作运动时一般需要的流量较小和压力较高的情况正好相反。
本设计采用自重冲液快速运动回路,此回路常用于垂直运动部件质量较大的液压机系统。
3.速度换接回路
速度换接回路用来实现运动速度的变换,即在原来设计或调节好的几种运动速度中,从一种速度换成另一种速度。
对这种回路的要求是有较高的缓解平稳性和换接精度。
本设计采用二位二通电磁阀的速度换届回路,控制由快进转为工进。
§3.1.3.压力控制回路
压力控制回路是利用压力控制阀控制整个液压系统或局部油路的压力,达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压、泄压等目的,以满足执行元件对力或力矩的要求。
1.调压回路
调压回路用于调定或限制液压系统的最高工作压力,或者使执行机构在运动过程中的各个阶段具有不同的压力。
本设计采用先导型溢流阀和远程调压阀来实现这一功能。
2.保压回路
考虑到设计要求,保压时间要达到5s。
若采用液压单向阀回路保压时间长,压力稳定性高,设计中利用换向阀中位机能保压,设计了自动补油回路,且保压时间由继电器控制,在0-20min内可调整。
此回路适合于保压性能较高的高压系统。
3.泄压回路
泄压回路的作用在于使执行元件高压腔中的压力缓缓的释放,
以免泄压过快而引起剧烈的冲击和振动。
根据需要,选择用卸荷阀与带卸荷小阀芯的充液阀组成的的泄压回路。
§3.2绘制液压系统原理图
将上述所选定的液压回路进行组合,并根据要求作必要的修改,即组成如图3-2所示的液压原理图。
图3-2液压系统原理图
注释:
1.滤油器2.主泵3.辅助泵4、5、21溢流阀6、18.电液换
向阀7卸荷阀8.压力继电器9.单向阀10.压力表
11.油箱12.充液阀13.上缸14、21背压阀15.液控单
向阀16.电磁换向阀17.下缸18.电液换向阀19.节流阀
§3.3液压系统控制过程分析
§3.3.1主缸的运动
1.启动
按启动按钮,电磁铁全部处于失电状态,主泵2输出的油经三位四通换向阀6中位及阀18中位流回油箱,空载启动。
2.快速下行
电磁铁1Y、5Y得电,阀6换至右位,控制油经阀16右位使
液控单向阀15打开。
进油油路:
油液经主泵2进入换向阀6右位到单向阀9最后到达主缸上腔。
回油油路:
油液从主缸下腔出,经过液控单向阀15到达换向阀6右位再到换向阀18中位回油箱。
上缸滑块在自重作用下迅速下行,泵2虽处于最大流量状态,仍不能满足其需要,因而上腔形成负压。
上部油箱11的油液经液控单向阀12进入上缸上腔。
3.减速加压
当上缸滑块降至一定位置触动行程开关2S后,电磁铁5Y失电,阀16处于原位,液控单
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