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山東大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目： 剪板機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)電一體化工程
學(xué) 生：
準(zhǔn)考證號(hào)：
指導(dǎo)老師：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 年 月 日～ 年 月 日
山東大學(xué)生本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
本機(jī)器用于剪切厚度為1～6mm,寬度為2500mm的鋼板。
被剪切板料強(qiáng)度以450N/mm2為準(zhǔn),如需剪切其它強(qiáng)度的板料時(shí),應(yīng)相應(yīng)減薄被剪板料的厚度。
本機(jī)器采用鋼板焊接結(jié)構(gòu),液壓傳動(dòng),氮?dú)飧谆爻?電氣控制.工作平穩(wěn)可靠,機(jī)器體積小,重量輕,剛性好,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
由于此機(jī)器設(shè)計(jì)工作量大，設(shè)計(jì)時(shí)間的限制，以及諸多因素的影響，故選其液壓控制部分作為我的設(shè)計(jì)內(nèi)容，它包括了：如何完成剪切，如何壓料及卸料的過程。
調(diào)整刃口間隙迅速方便,機(jī)器設(shè)有前后擋料,后擋料采用機(jī)械傳動(dòng),轉(zhuǎn)數(shù)器顯示數(shù)值,并能作手動(dòng)微調(diào),調(diào)節(jié)方便可靠.前擋料采用標(biāo)尺計(jì)數(shù),擋塊定位,另外還設(shè)有燈光照明,便于劃線剪切,通過時(shí)間繼電器可任意調(diào)節(jié)上刀架的行程,以提高剪切窄板料的效率。
關(guān)鍵字：剪板機(jī)；液壓；繼電器；
Abstract?
???The machine used to cut the thickness of 1 ~ 6mm, a width of 2500mm of steel.?
???Material strength is the clipboard to 450N/mm2 prevail, For other strength of the sheet metal shear, should accordingly be shear thinning in the thickness of material.?
???This machine adopts steel plate welded structure, hydraulic drive, nitrogen cylinder, stead, electrical control. Smooth and reliable, machine size, light weight, rigid, and easy operation.?
Because of this large machine design, design time constraints, as well as a number of factors, was chosen as part of its hydraulic control the content of my design, which includes: how to complete the cut, how to press materials and unloading process.?
???Quickly and easily adjust the blade clearance, the machine has material before and after block after block material using mechanical transmission, transfer the number of displays values, and can be manually fine-tuning, reliable and easy to adjust. Before the block material using scale count, block positioning, in addition to?with lighting, convenient crossed cut, by the time relay can be adjusted on the turret of his program to improve the efficiency of cutting narrow sheet.?
Keywords: Shearing; hydraulic; relay;
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 剪板機(jī)概述 1
1.2 剪板機(jī)的背景 1
1.3 剪板機(jī)在國內(nèi)外的研究狀況 2
1.4 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 2
第2章 剪板機(jī)介紹 6
2.1 剪板機(jī)的基本參數(shù) 6
2.2 剪板機(jī)的工作原理 6
2.3 剪板機(jī)的用途和分類 7
第3章 剪板機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
3.1 液壓傳動(dòng)定義和發(fā)展概況 9
3.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 10
3.3 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì) 13
3.4 確定液壓執(zhí)行元件的形式 17
3.5 分析液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù) 17
3.6 選擇液壓元件 20
3.7 擬定液壓系統(tǒng)圖 25
3.8 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 27
3.9 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用 27
第4章 控制液壓系統(tǒng)工作的電氣設(shè)計(jì) 30
4.1 課題概述和設(shè)計(jì)要求 30
4.2 設(shè)計(jì)理念 30
4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 31
4.4 電氣控制線路圖的設(shè)計(jì) 31
4.5 電器元件的選擇 33
4.6 電氣接線圖的繪制 35
第5章 機(jī)器的使用和要求 37
5.1 機(jī)器的操作 37
5.2 機(jī)器的潤(rùn)滑 37
5.3 機(jī)器的安全技術(shù)與維護(hù) 38
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
山東大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒 論
1.1 剪板機(jī)概述
此機(jī)器用于剪切厚度為1～6mm，寬度為2500mm的鋼板，被剪切板料強(qiáng)度以450 N/mm2為準(zhǔn),如需剪切其它強(qiáng)度的板料時(shí),應(yīng)相應(yīng)減薄被剪板料的厚度。與同類產(chǎn)品比較，本機(jī)器采用鋼板焊接結(jié)構(gòu),液壓傳動(dòng),氮?dú)飧谆爻?電氣控制.工作平穩(wěn)可靠,機(jī)器體積小,重量輕,剛性好,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
調(diào)整刃口間隙迅速方便,機(jī)器設(shè)有前后擋料,后擋料采用機(jī)械傳動(dòng),轉(zhuǎn)數(shù)器顯示數(shù)值,并能作手動(dòng)微調(diào),調(diào)節(jié)方便可靠.前擋料采用標(biāo)尺計(jì)數(shù),擋塊定位,另外還設(shè)有燈光照明,便于劃線剪切,通過時(shí)間繼電器可任意調(diào)節(jié)上刀架的行程,以提高剪切窄板料的效率。
由于此機(jī)器設(shè)計(jì)工作量大，設(shè)計(jì)時(shí)間的限制，以及諸多因素的影響，故選其液壓控制部分作為我的設(shè)計(jì)內(nèi)容，它包括了：如何完成剪切，如何壓料及卸料的過程。
1.2 剪板機(jī)的背景
隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，剪板機(jī)床的發(fā)展越來越成為機(jī)械制造行業(yè)的中流砥柱，通用型高性能剪板機(jī)，廣泛適用于航空、汽車、農(nóng)機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表、醫(yī)療器械、家電、五金等行業(yè)。
鍛壓機(jī)械是指在鍛壓加工中用于成形和分離的機(jī)械設(shè)備，1842年，英國工程師史密斯創(chuàng)制第一臺(tái)蒸汽錘，開始了蒸汽動(dòng)力鍛壓機(jī)械的時(shí)代。1795年，英國的布拉默發(fā)明水壓機(jī)，但直到19世紀(jì)中葉，由于大鍛件的需要才應(yīng)用于鍛造。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，十九世紀(jì)末出現(xiàn)了以電為動(dòng)力的機(jī)械剪板機(jī)和空氣錘，并獲得迅速發(fā)展。二十世紀(jì)初，鍛壓機(jī)械改變了從19世紀(jì)開始的向重型和大型方向發(fā)展的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而向高速、高效、自動(dòng)、精密、專用、多品種生產(chǎn)等方向發(fā)展。于是出現(xiàn)了每分種行程2000次的剪板機(jī)。所謂剪板機(jī)一般是指每分鐘的行程次數(shù)為普通剪板機(jī)的5—10倍的剪板機(jī)。剪板機(jī)是帶有自動(dòng)送料裝置，可完成板料高效率、精密加工的機(jī)械剪板機(jī)，具有自動(dòng)、高速、精密三個(gè)基本要素。
自60年代以來，剪板機(jī)已有較大的發(fā)展，其每分鐘行程次數(shù)已從幾百次發(fā)展到3千次左右，其噸位已從十噸發(fā)展到上百噸。目前剪板機(jī)主要用在電子、儀器儀表、輕工、汽車等行業(yè)中進(jìn)行特大批量的沖壓生產(chǎn)。近年來，隨著模具技術(shù)和沖壓技術(shù)的發(fā)展，剪板機(jī)的應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，數(shù)量在不斷地增加。預(yù)計(jì)不久的將來，剪板機(jī)在沖壓用剪板機(jī)中的比例將會(huì)愈來愈大。
1.3 剪板機(jī)在國內(nèi)外的研究狀況
近十多年來，隨著對(duì)發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性獲得前所未有的共識(shí)，沖壓成形技術(shù)無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進(jìn)展，其特征是與高新技術(shù)結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)等沖壓領(lǐng)域的滲透與交叉融合，推動(dòng)了先進(jìn)沖壓成形技術(shù)的形成和發(fā)展。
冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，為了滿足大量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備已由單工位低速剪板機(jī)發(fā) 展到多工位剪板機(jī)。一般中小型冷沖件，既可在多工位剪板機(jī)上生產(chǎn)，也可以在剪板機(jī)上采用多工位級(jí)進(jìn)模加工，是冷沖壓生產(chǎn)達(dá)到高度自動(dòng)化。
在汽車、航空航天、電子和家用電器領(lǐng)域，需要大量的金屬板殼零件，特別是汽車行業(yè)要求生產(chǎn)規(guī)?；④囆蛡€(gè)性化和覆蓋件大型一體化。進(jìn)入21 世紀(jì)，我國汽車制造業(yè)飛速發(fā)展，面對(duì)這一形勢(shì)，我國的板材加工工藝及相應(yīng)的沖壓設(shè)備都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
1.4 液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。綜合國內(nèi)外專家的意見，其主要的發(fā)展趨勢(shì)將集中在以下幾個(gè)方面：
1．減少能耗,充分利用能量
液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個(gè)問題：
①減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進(jìn)元件內(nèi)部流道的壓力損失,采用集成化回路和鑄造流道,可減少管道損失,同時(shí)還可減少漏油損失。
②減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力。
③采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失。
④發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。
⑤改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回
⑥為及時(shí)維護(hù)液壓系統(tǒng)，防止污染對(duì)系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測(cè)方法，對(duì)污染進(jìn)行在線測(cè)量，要及時(shí)調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時(shí)而造成損失。
2．主動(dòng)維護(hù)
液壓系統(tǒng)維護(hù)已從過去簡(jiǎn)單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測(cè)，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時(shí)，預(yù)先進(jìn)行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。
要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)技術(shù)必須要加強(qiáng)液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當(dāng)前，憑有經(jīng)驗(yàn)的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗(yàn)，通過看、聽、觸、測(cè)等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識(shí),建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識(shí)庫，并利用計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識(shí)庫中知識(shí)，用推理機(jī)中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預(yù)防措施。要進(jìn)一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對(duì)于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則。
另外，還應(yīng)開發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自潤(rùn)滑、自校正，在故障發(fā)生之前，進(jìn)市補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。
3．機(jī)電一體化
電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化可以提高工作可靠性，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點(diǎn)，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)出力大、貫性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),其主要發(fā)展動(dòng)向如下：
(1)電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。液壓系統(tǒng)將由過去的電氣液壓on-oE系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng),為適應(yīng)上述發(fā)展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。
(2)發(fā)展和計(jì)算機(jī)直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于3mS)等。
(3)液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和診斷,由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格降低,監(jiān)控系統(tǒng),包括集中監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。
(4)計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對(duì)高精度、“高級(jí)”系統(tǒng)更有此要求。
(5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機(jī)構(gòu)也是今后需要探討的問題，液壓產(chǎn)品機(jī)電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。
液壓行業(yè)：
液壓元件將向高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套方向發(fā)展；向低能耗、低噪聲、振動(dòng)、無泄漏以及污染控制、應(yīng)用水基介質(zhì)等適應(yīng)環(huán)保要求方向發(fā)展；開發(fā)高集成化高功率密度、智能化、機(jī)電一體化以及輕小型微型液壓元件；積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術(shù)。
液力偶合器向高速大功率和集成化的液力傳動(dòng)裝置發(fā)展，開發(fā)水介質(zhì)調(diào)速型液力偶合器和向汽車應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，開發(fā)液力減速器，提高產(chǎn)品可靠性和平均無故障工作時(shí)間；液力變矩器要開發(fā)大功率的產(chǎn)品，提高零部件的制造工藝技術(shù)，提高可靠性，推廣計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，開發(fā)液力變矩器與動(dòng)力換檔變速箱配套使用技術(shù)；液粘調(diào)速離合器應(yīng)提高產(chǎn)品質(zhì)量，形成批量，向大功率和高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展。
氣動(dòng)行業(yè)：
產(chǎn)品向體積小、重量輕、功耗低、組合集成化方向發(fā)展，執(zhí)行元件向種類多、結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高方向發(fā)展；氣動(dòng)元件與電子技術(shù)相結(jié)合，向智能化方向發(fā)展；元件性能向高速、高頻、高響應(yīng)、高壽命、耐高溫、耐高壓方向發(fā)展，普遍采用無油潤(rùn)滑，應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新材料。
（1）采用的液壓元件高壓化，連續(xù)工作壓力達(dá)到40Mpa，瞬間最高壓力達(dá)到48Mpa；
（2）調(diào)節(jié)和控制方式多樣化；
（3）進(jìn)一步改善調(diào)節(jié)性能，提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的效率；
（4）發(fā)展與機(jī)械、液力、電力傳動(dòng)組合的復(fù)合式調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置；
（5）發(fā)展具有節(jié)能、儲(chǔ)能功能的高效系統(tǒng)；
（6）進(jìn)一步降低噪聲；
（7）應(yīng)用液壓螺紋插裝閥技術(shù)，緊湊結(jié)構(gòu)、減少漏油。
第二章 剪板機(jī)介紹
2.1 機(jī)器的基本參數(shù)
主要技術(shù)規(guī)格 單位 大小
1 剪板料強(qiáng)度 N/mm2 450
2 液體最大工作壓力 MPa 20
3 被剪最大板厚 mm 6
4 被剪最大板寬 mm 2500
5 剪切角 1°30′
6 行程次數(shù) min-1 16
7 立柱間距離 mm 2720
8 后擋料最大距離 mm 600
9 刀片長(zhǎng)度 mm 2600
10 工作臺(tái)距地面高度 mm 800
11 主電機(jī)總功率 kW 7.5
12 后擋料電機(jī) kW 0.55
13 軸向柱塞泵流量 Ml/r 25
14 機(jī)器重量 kg 4800
2.2 剪扳機(jī)工作原理
剪板機(jī)工作原理，上刀片固定在刀架上，下刀片固定在下床面上，床面上安裝有托球，以便于板料的送進(jìn)移動(dòng)，后擋料板用于板料定位，位置由調(diào)位銷進(jìn)行調(diào)節(jié)。液壓壓料筒用于壓緊板料，以防止板料在剪切時(shí)翻轉(zhuǎn)。棚板是安全裝置，以防止發(fā)生工傷事故。
(1)調(diào)整前擋板
把后擋板靠緊下刀口，再把樣板靠緊后擋板，將前擋板靠緊樣板并固定。松開后擋板，去掉樣板，裝上板料，進(jìn)行剪切。
(2)調(diào)整后擋板
將樣板托平對(duì)齊下刀口，再把后擋板靠緊樣板并固定，去掉樣板，再裝上板料進(jìn)行剪切。
(3)調(diào)整角擋板
先將樣板放在臺(tái)面上對(duì)齊下刀口，調(diào)整角擋板并固定，再根據(jù)樣板調(diào)整后擋板，剪切過程中同時(shí)利用角擋板和后擋板以定位。
2.3 剪板機(jī)的用途和分類
剪板機(jī)種類較多，按其工藝用途和結(jié)構(gòu)類型可以分為：
一、平刃剪板機(jī)：剪切質(zhì)量好，扭曲變形小，但剪切力大，耗能大。機(jī)械傳動(dòng)的較多。該剪板機(jī)上下兩刀刃彼此平行，常用于軋鋼廠熱剪切初軋方坯和板坯；按其剪切方式又可分為上切式和下切式。
二、斜刃剪板機(jī)：剪板機(jī)的上下兩刀片成一個(gè)的角度，一般上刀片是傾斜的，其傾斜角一般為1°~6°。斜刃剪板機(jī)剪切力比平刃剪板機(jī)小，故電機(jī)功率及整機(jī)重量等大大減小，實(shí)際應(yīng)用最多，剪板機(jī)廠家多生產(chǎn)此類剪板機(jī)。
該類剪板機(jī)按刀架運(yùn)動(dòng)形式分閘式剪板機(jī)和擺式剪板機(jī)；按主傳動(dòng)系統(tǒng)不同分為液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)兩類
三、多用途剪板機(jī)：
1、板料折彎剪切機(jī)：即在同一臺(tái)機(jī)械上可完成剪切和折彎兩種工藝。
2、聯(lián)合沖剪機(jī)：即可完成板材的剪切，又可對(duì)型材進(jìn)行剪切，多用于下料工序
四、專用剪板機(jī)：多配合其他設(shè)備使用，完成特殊用途。
1、板材開平線剪板機(jī)：用于板材開卷校平線上，為配合生產(chǎn)線速度快剪切要求而設(shè)計(jì)的高速剪板機(jī)，厚板線上多為液壓高速剪板機(jī)，薄板線上多配氣動(dòng)剪板機(jī);高速線上配有飛剪機(jī)，連續(xù)生產(chǎn)，效率高。
2、鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線剪板機(jī)：多用于角鋼、H型鋼自動(dòng)生產(chǎn)線完成剪斷工序。
3、冷彎成型線剪板機(jī)：例如汽車縱梁冷彎線、車廂側(cè)擋板生產(chǎn)線、彩鋼板成型線等生產(chǎn)線上配置的專用剪板機(jī)等 。
第三章 剪板機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 液壓傳動(dòng)定義與發(fā)展概況
液壓傳動(dòng)的定義：
一部完整的機(jī)器是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制部分、工作機(jī)(含輔助裝置)組成。原動(dòng)機(jī)包括電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。工作機(jī)即完成該機(jī)器之工作任務(wù)的直接工作部分，如剪床的剪刀，車床的刀架、車刀、卡盤等。由于原動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速變化范圍有限，為了適應(yīng)工作機(jī)的工作力和工作速度變化范圍較寬，以及其它操縱性能的要求，在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間設(shè)置了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是把原動(dòng)機(jī)輸出功率經(jīng)過變換后傳遞給工作機(jī)。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。流體傳動(dòng)是以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)。它包括液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。
液壓傳動(dòng)和液力傳動(dòng)均是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能來傳遞能量；而液力傳動(dòng)則主要是利用液體的動(dòng)能來傳遞能量。由于液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，它被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建筑、石油化工、交通運(yùn)輸、軍事器械、礦山冶金、輕工、農(nóng)機(jī)、漁業(yè)、林業(yè)等各方面。同時(shí)，也被應(yīng)用到航天航空、海洋開發(fā)、核能工程和地震預(yù)測(cè)等各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域。
液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況
? 液壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說，它是一門新學(xué)科，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳動(dòng)原理，18世紀(jì)末英國制成第一臺(tái)水壓機(jī)算起，液壓傳動(dòng)已有2～3百年的歷史，只是由于早期技術(shù)水平和生產(chǎn)需求的不足，液壓傳動(dòng)技術(shù)沒有得到普遍地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)傳動(dòng)技術(shù)的要求越來越高，液壓傳動(dòng)技術(shù)自身也在不斷發(fā)展，特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后，由于軍事及建設(shè)需求的刺激，液壓技術(shù)日趨成熟。
第二次世界大戰(zhàn)前后，成功地將液壓傳動(dòng)裝置用于艦艇炮塔轉(zhuǎn)向器，其后出現(xiàn)了液壓六角車床和磨床，一些通用機(jī)床到本世紀(jì)30年代才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，在兵器上采用了功率大、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)的液壓傳動(dòng)和控制裝置，它大大提高了兵器的性能，也大大促進(jìn)了液壓技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓技術(shù)迅速轉(zhuǎn)向民用，并隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的不斷制訂和完善及各類元件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化而在機(jī)械制造，工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造等行業(yè)中推廣開來。近30年來，由于原子能技術(shù)、航空航天技術(shù)、控制技術(shù)、材料科學(xué)、微電子技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展，再次將液壓技術(shù)推向前進(jìn)，使它發(fā)展成為包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門都得到了應(yīng)用，如工程機(jī)械、數(shù)控加工中心、冶金自動(dòng)線等。采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。
3.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理
圖1.1為磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理圖。液壓泵4在電動(dòng)機(jī)(圖中未畫出)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱1經(jīng)過濾器2被吸入液壓泵，由液壓泵輸入的壓力油通過手動(dòng)換向閥11，節(jié)流閥13、換向閥15進(jìn)入液壓缸18的左腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向右移動(dòng)，液壓缸18右腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。如果將換向閥15轉(zhuǎn)換成如圖1.1(b)所示的狀態(tài)，則壓力油進(jìn)入液壓缸18的右腔，推動(dòng)活塞17和工作臺(tái)19向左移動(dòng)，液壓缸18左腔的油液經(jīng)換向閥15排回油箱。工作臺(tái)19的移動(dòng)速度由節(jié)流閥13來調(diào)節(jié)。當(dāng)節(jié)流閥開大時(shí)，進(jìn)入液壓缸18的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。液壓泵4輸出的壓力油除了進(jìn)人節(jié)流閥13以外，其余的打開溢流閥6流回油箱。 如果將手動(dòng)換向閥9轉(zhuǎn)換成如圖1.1(c)所示的狀態(tài)，液壓泵輸出的油液經(jīng)手動(dòng)換向閥9流回油箱，這時(shí)工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)處卸荷狀態(tài)。
?
圖1.1 磨床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理
1-油箱；2-過濾器；3,12,14-回油管；4-液壓泵；5-彈簧；6-鋼球； 7-溢流閥；8,10-壓力油管；9-手動(dòng)換向閥；11,16-換向手柄； 13-節(jié)流閥；15-換向閥；17-活塞；18-液壓缸；19-工作臺(tái)
圖1.2用圖形符號(hào)表示的磨床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)圖
圖中：l-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-溢流閥；5-手動(dòng)換向閥；6-節(jié)流閥；7-換向
8-活塞；9-液壓缸
3.2.1 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成
從上述例子可以看出，液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行工作的，一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由以下幾部分組成：
??? (l) 液壓泵(動(dòng)力元件)：是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。
??? (2) 執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。
??? (3) 控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。如換向閥15即屬控制元件。
??? (4) 輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其它元件，如管道、管接頭、油箱、濾油器等為輔助元件。
液壓系統(tǒng)的圖形符號(hào)
圖1.1(a) 所示的液壓系統(tǒng)圖是一種半結(jié)構(gòu)式的工作原理圖。它直觀性強(qiáng)，容易理解，但難于繪制。在實(shí)際工作中，除少數(shù)特殊情況外，一般都采用國標(biāo)GB／T786.1－93所規(guī)定的液壓與氣動(dòng)圖形符號(hào)(參看附錄)來繪制，如圖1.2所示。圖形符號(hào)表示元件的功能，而不表示元件的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)；反映各元件在油路連接上的相互關(guān)系，不反映其空間安裝位置；只反映靜止位置或初始位置的工作狀態(tài)，不反映其過渡過程。 使用圖形符號(hào)既便于繪制，又可使液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了。
3.3 液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)
3.3.1 液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的要求
液壓工作介質(zhì)一般稱為液壓油(有部分液壓介質(zhì)已不含油的成份)。液壓介質(zhì)的性能對(duì)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，對(duì)液壓系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)的基本要求如下：
(l)有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦浴?
??? 粘度是選擇工作介質(zhì)的首要因素。液壓油的粘性，對(duì)減少間隙的泄漏、保證液壓元件的密封性能都起著重要作用。粘度過高，各部件運(yùn)動(dòng)阻力增加，溫升快，泵的自吸能力下降，同時(shí)，管道壓力降和功率損失增大。反之，粘度過低會(huì)增加系統(tǒng)的泄漏，并使液壓油膜支承能力下降，而導(dǎo)致摩擦副間產(chǎn)生摩擦。所以工作介質(zhì)要有合適的粘度范圍，同時(shí)在溫度、壓力變化下和剪切力作用下，油的粘度變化要小。
液壓介質(zhì)粘度用運(yùn)動(dòng)粘度 表示。在國際單位制中 的單位是 ，而在實(shí)用上油的粘度用 (cSt，厘沲)表示。
??? 粘度是液壓油(液)劃分牌號(hào)的依據(jù)。按國標(biāo)GB/T3141-94所規(guī)定，液壓油產(chǎn)品的牌號(hào)用粘度的等級(jí)表示，即用該液壓油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度中心值表示。
表l.1是常用液壓油的新、舊粘度等級(jí)牌號(hào)的對(duì)照(注：82年以前的舊標(biāo)準(zhǔn)是以50℃時(shí)的粘度值作為液壓油的粘度等級(jí)牌號(hào))。
表1.1常用液壓油的牌號(hào)和粘度
ISO 3448-92
粘度等級(jí)
GB/T3141-94
粘度等級(jí)(現(xiàn)牌號(hào))
40℃的運(yùn)動(dòng)粘度
厘施
83-90年的
過渡牌號(hào)
82年以前相近的舊牌號(hào)
ISO VG15
15
13.5～16.5
N15
10
ISO VG22
22
19.8～24.2
N22
15
ISO VG32
32
28.8～35.2
N32
20
ISO VG46
46
41.4～50.6
N46
30
ISO VG68
68
61.2～74.8
N68
40
ISO VGI00
100
90～11O
N100
60
所有工作介質(zhì)的粘度都隨溫度的升高而降低，粘溫特性好是指工作介質(zhì)的粘度隨溫度變化小，粘溫特性通常用粘度指數(shù)表示。一般情況下，在高壓或者高溫條件下工作時(shí)，為了獲得較高的容積效率，不使油的粘度過低，應(yīng)采用高牌號(hào)液壓油；低溫時(shí)或泵的吸入條件不好時(shí)(壓力低，阻力大)，應(yīng)采用低牌號(hào)液壓油。
(2)氧化安定性和剪切安定性好。
??? 工作介質(zhì)與空氣接觸，特別是在高溫、高壓下容易氧化、變質(zhì)。氧化后酸值增加會(huì)增強(qiáng)腐蝕性，氧化生成的粘稠狀油泥會(huì)堵塞濾油器，妨礙部件的動(dòng)作以及降低系統(tǒng)效率。因此，要求它具有良好的氧化安定性和熱安定性。
??? 剪切安定性是指工作介質(zhì)通過液壓節(jié)流間隙時(shí)，要經(jīng)受劇烈的剪切作用，會(huì)使一些聚合型增粘劑高分子斷裂，造成粘度永久性下降，在高壓、高速時(shí)，這種情況尤為嚴(yán)重。為延長(zhǎng)使用壽命，要求剪切安定性好。
??? (3)抗乳化性、抗泡沫性好。
??? 工作介質(zhì)在工作過程中可能混入水或出現(xiàn)凝結(jié)水?；煊兴值墓ぷ鹘橘|(zhì)在泵和其它元件的長(zhǎng)期劇烈攪拌下，易形成乳化液，使工作介質(zhì)水解變質(zhì)或生成沉淀物，引起工作系統(tǒng)銹蝕和腐蝕，所以要求工作介質(zhì)有良好的抗乳化性?？古菽允侵缚諝饣烊牍ぷ鹘橘|(zhì)后會(huì)產(chǎn)生氣泡，混有氣泡的介質(zhì)在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，會(huì)產(chǎn)生異常的噪聲、振動(dòng)，所以要求工作介質(zhì)具有良好的抗泡性和空氣釋放能力。
??? (4)閃點(diǎn)、燃點(diǎn)要高，能防火、防爆。
??? (5)有良好的潤(rùn)滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件。
(6) 對(duì)人體無害，成本低。
3.3.2 液壓介質(zhì)的種類?
????液壓傳動(dòng)介質(zhì)按照GB/T7631.2-87(等效采用ISO 6743/4)進(jìn)行分類，主要有石油基液壓油和難燃液壓液兩大類。
石油基液壓油
(1)L-HL液壓油(又名普通液壓油)：采用精制礦物油作基礎(chǔ)油，加入抗氧、抗腐、抗泡、防銹等添加劑調(diào)合而成，是當(dāng)前我國供需量最大的主品種，用于一般液壓系統(tǒng)，但只適于O ℃以上的工作環(huán)境。其牌號(hào)有：HL－32、HL－46、HL－68。在其代號(hào)L-HL中，L代表潤(rùn)滑劑類，H代表液壓油，L代表防銹、抗氧化型，最后的數(shù)字代表運(yùn)動(dòng)粘度。
??? (2)L-HM液壓油(又名抗磨液壓油，M代表抗磨型)：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，除加有抗氧、防銹劑外，主劑是極壓抗磨劑，以減少液壓件的磨損。適用于-15℃以上的高壓、高速工程機(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。其牌號(hào)有：HM－32、HM－46、HM－68、HM－I00、HM－150。
??? (3)L-HG液壓油(又名液壓一導(dǎo)軌油)：其基礎(chǔ)油與普通液壓油同，除普通液壓油所具有的全部添加劑外，還加有油性劑，用于導(dǎo)軌潤(rùn)滑時(shí)有良好的防爬性能。適用于機(jī)床液壓和導(dǎo)軌潤(rùn)滑合用的系統(tǒng)。
??? (4)L-HV液壓油(又名低溫液壓油、稠化液壓油、高粘度指數(shù)液壓油)：用深度脫蠟的精制礦物油，加抗氧、抗腐、抗磨、抗泡、防銹、降凝和增粘等添加劑調(diào)合而成。其粘溫特性好，有較好的潤(rùn)滑性，以保證不發(fā)生低速爬行和低速不穩(wěn)定現(xiàn)象。適用于低溫地區(qū)的戶外高壓系統(tǒng)及數(shù)控精密機(jī)床液壓系統(tǒng)。
??? (5)其它專用液壓油：如航空液壓油(紅油)、炮用液壓油、艦用液壓油等。
難燃液壓液
??? 難燃液壓液可分為合成型、油水乳化型和高水基型三大類。
??? (1)合成型抗燃工作液
??? ①水一乙二醇液(L-HFC液壓液)：這種液體含有 35％～55％的水，其余為乙二醇及各種添加劑(增稠劑、抗磨劑、抗腐蝕劑等)。其優(yōu)點(diǎn)是凝點(diǎn)低(－50℃)，有一定的粘性，而且粘度指數(shù)高，抗燃。適用于要求防火的液壓系統(tǒng)，使用溫度范圍為- 18～ 65℃。其缺點(diǎn)是價(jià)格高，潤(rùn)滑性差，只能用于中等壓力(20Mpa以下)。這種液體密度大，所以吸入困難。水一乙二醇液能使許多普通油漆和涂料軟化或脫離，可換用環(huán)氧樹脂或乙烯基涂料。
??? ②磷酸酯液(L-HFDR液壓液)這種液體的優(yōu)點(diǎn)是，使用的溫度范圍寬(-54～～135℃)，抗燃性好，抗氧化安定性和潤(rùn)滑性都很好。允許使用現(xiàn)有元件在高壓下工作。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴(為液壓油的5～8倍)；有毒性；與多種密封材料(如丁氰橡膠)的相容性很差，而與丁基膠、乙丙膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等均可相容。
??? (2)油水乳化型抗燃工作液(L-HFB、L-HFAE液壓液)
??? 油水乳化液是指互不相溶的油和水，使其中的一種液體以極小的液滴均勻地分散在另一種液體中所形成的抗燃液體。分水包油乳化液和油包水乳化液兩大類。
??? (3)高水基型抗燃工作液(L-HFAS液壓液)
這種工作液不是油水乳化液。其主體為水，占? 95％，其余? 5％為各種添加劑(抗磨劑、防銹劑、抗腐劑、乳化劑、抗泡劑、極壓劑、增粘劑等)。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，抗燃性好，不污染環(huán)境。其缺點(diǎn)是粘度低，潤(rùn)滑性差。
3.4 確定液壓執(zhí)行元件的形式
本系統(tǒng)的剪切動(dòng)作由上刀架向下行程完成剪切工作。
此向下行程可采用單作用單活塞缸,為確保剪切精度與穩(wěn)定性,采用兩個(gè)單作用單活塞缸串聯(lián)完成下壓動(dòng)作.兩個(gè)單作用單活塞缸作為本系統(tǒng)的主油缸。
本系統(tǒng)需要具有對(duì)金屬板的壓緊功能,也就是本系統(tǒng)的壓料裝置。當(dāng)主油缸克服回程支承力上刀架向下行程時(shí),壓料裝置及上刀架在瞬間獲得順序動(dòng)作以壓緊加工金屬板。
同時(shí)本系統(tǒng)必需具備卸荷功能,當(dāng)上刀架主油缸完成剪切目的至死點(diǎn)位置時(shí),整個(gè)油路卸荷,同時(shí),上刀架回程,壓料裝置隨之復(fù)位。
3.5 分析液壓執(zhí)行元件的主要參數(shù)
3.5.1 各液壓缸的載向力計(jì)算
1.主油缸的載向力:上刀架向下行程的載向力。
Fw1=R+Ffs+Fa
R—液壓執(zhí)行的工作負(fù)載
Ffs—垂直于上刀架的負(fù)載（因?yàn)榈都転榇怪毕蛳逻\(yùn)動(dòng)，可以不計(jì)）
Fa—慣性負(fù)載
Fa=ma
=100×20
=200N
m—運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量
Fw1=R+Fa
=630
2.壓料缸的載合力:壓料缸的載合力,主要有下壓力與慣性力。
Fa=ma
=75×20
=1500N
Fw2=R+Fa
=250+1.5
=251.5KN
各液壓缸的外載荷力計(jì)算結(jié)果列于表2中取液壓缸的機(jī)械效率為0.9,求得相應(yīng)的作用活塞上的載荷力,并列于表2。
表2：
液壓缸名稱
工況
液壓缸外載荷Fw(F)
活塞中載荷F(N)
主油缸
下壓
63.2×104
70.22×104
回程
0.2×104
0.22×104
壓料缸
壓緊
25.15×104
32.65×104
復(fù)位
0.15×104
0.165×104
3.5.2 初選系統(tǒng)的工作壓力
剪板機(jī)為中型剪板機(jī)械,初步確定系統(tǒng)工作壓力為20Mpa。。
3.5.3 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
1.確定主油缸的活塞及活塞桿直徑
主油缸最大載荷時(shí)為下壓工況,其載荷力為70.22×104N。
工作在活塞干受壓狀態(tài),如圖2：
圖2
F=Fw/ηm=P1A1-P2A2 （3.1）
式中：A1—（π/4）D2—無桿腔活塞有效作用面積m2
A2—(π/4)(D2-d2)—有桿缸活塞有效作用面積m2
P1—液壓缸工作腔壓力
P2—液壓缸回油腔壓力
D—活塞直徑
d—活塞桿直徑
D===0.18m （3.2）
因?yàn)閴褐七^程中回油小P2≈0
就取D=0.18m
按手冊(cè)d/D=0.7，則活塞桿直徑
Dn=0.7×0.18
=0.126
取d=0.5m
2.壓料缸的活塞直徑和活塞桿直徑 D2===0.109m （3.3）
取D2=0.11
D2=0.7×0.11
=0.77m
按手冊(cè)d取，d=0.08m
3.6 選擇液壓元件
3.6.1 選擇液壓泵
液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件,其功用是供給系統(tǒng)壓力油,從能量觀點(diǎn)看,它把原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)換為輸出油液的壓力能。
液壓泵的工作壓力：
Pp≥P1+△P1
由于本系統(tǒng)用一般節(jié)流閥,管路較簡(jiǎn)單故取△P1=0.5Mpa。
液壓泵的流量Qp
Qp≥K(∑Qmax)
K=1.1為漏損系數(shù)
液壓泵規(guī)格選擇
查<<液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)>>選用25MCY14—1B軸向柱塞泵。
Q=25L/min
P=31.5Mpa
3.6.2 電動(dòng)機(jī)的功率確定
當(dāng)機(jī)器上刀架下壓時(shí)功率最大,按上刀架下壓過程,估算電動(dòng)機(jī)功率,若下壓時(shí)系統(tǒng)進(jìn)油路壓力損失,液壓泵總效率0.7。
則電動(dòng)機(jī)功率為：
Pp=Ppqvp/η1 （3.4）
=(P1+∑△P1)qvn/ηp
=[(1.34+0.2)×102(4.78+10.43)10-3]/(60×0.7)
=63.8W
查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本,選用YB2M-4型異步電動(dòng)機(jī),P=7.5Kw、n=1440r/min。
3.6.3 選擇液壓閥及相關(guān)輔助元件
根據(jù)所擬定的液壓系統(tǒng)原理圖,計(jì)算通過液壓閥油液的最高壓力和最大流量,選擇液壓元件的型號(hào)規(guī)格。
序號(hào) 元件名稱 規(guī)格 型號(hào)
1 網(wǎng)式濾油器 Q=100L/min WU-100X100-J
2 直通單向閥 P=31.5Mpa d=20mm A-Ha20l
3 組合閥 自制
4 壓力表開關(guān) P=32Mpa d=8mm KJF-L8H-S
5 壓力表 P=25Mpa d=100mm Y-60
6 球閥 P=31.5Mpa d=15mm YJ20-J15W
7 電磁換向閥 P=31.5Mpa d=6mm 24EI1-H6B-T
8 直動(dòng)型溢流閥 P=31.5Mpa DBDS6K10/31.5
3.6.4 確定油箱的面積容積
油箱主要功能是：①儲(chǔ)存液壓系統(tǒng)工作所需的足夠油液；②散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量；③沉淀污物并逸出油中氣體。
初步設(shè)計(jì),油箱的有效容積(液面高度點(diǎn)油箱高度80%時(shí),油箱容積)可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定:
V=mqvp （3.5）
式中：V—油箱的有效容積,單位為L(zhǎng)；
Q—液壓泵的液壓,單位為L(zhǎng)/min；
m—系數(shù),單位min,值的選取:低壓系統(tǒng)為2～4min,中壓系統(tǒng)為5～7min,中高壓或高壓大功率系統(tǒng)為6～12min。
對(duì)于功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng),必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行平衡計(jì)算,以最后確定油箱容積。
分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
⑴基本結(jié)構(gòu)
為了在相同的容量下得到最大的散熱面積，油箱外形以立方體或長(zhǎng)六面體為宜。如油箱的頂蓋上要安放泵和電動(dòng)機(jī)（也有的置于箱旁或箱下）以及閥的集成裝置等，這基本決定了箱蓋的尺寸；最高油面只允許達(dá)到箱高的80%。根據(jù)兩點(diǎn)可決定油箱的三向尺寸。當(dāng)油箱容量較小時(shí)，可采用2.5—4mm的鋼板直接焊接而成；當(dāng)油箱容量較大且較高時(shí)，一般采用角鋼焊成骨架后再焊上鋼板。為使油箱能夠承受安裝其上的物體重量、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩及沖擊等，油箱應(yīng)有足夠的剛度，頂蓋要適當(dāng)加厚并用螺釘通過焊雜箱體上的角鋼加以固定。頂蓋可以是整體式的，也可分為幾塊。泵、電動(dòng)機(jī)和閥的集成裝置可直接固定在頂蓋上，也可固定在圖示安裝板上。安裝板與頂蓋之間應(yīng)設(shè)置減震裝置，如墊上橡膠板以緩和震動(dòng)。油箱底腳高度應(yīng)在150mm以上，以便散熱、搬移和放油。油箱四周要有吊耳，以便起吊裝運(yùn)。
⑵吸、回、泄油管的設(shè)置
泵的吸油管與系統(tǒng)回油管應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，為了防止吸油時(shí)吸人空氣和回油時(shí)油液沖入油箱攪動(dòng)液面，管口都應(yīng)插入油箱最低油面以下，但離箱低的距離要大于管徑的2—3倍?；赜凸芸趹?yīng)截成45°斜角，以增大通流面積，并面向與回油管相距最近的箱壁以利于散熱和沉淀雜物。為防止箱底的沉淀物吸入液壓泵，吸油管端部應(yīng)裝有足夠能力的過濾器，過濾器離箱壁至少要有3倍管徑的距離，距箱底不應(yīng)小于20mm，以便四面進(jìn)油。
⑶隔板的設(shè)置
設(shè)置隔板的目的是將油箱內(nèi)吸油區(qū)與回油區(qū)分開，以增大油液循環(huán)的路程，減緩油液循環(huán)的速度，便于分離回油帶來的空氣和污物，提高散熱效果，一般設(shè)置一個(gè)隔板，高度最好為液面高度的3/4。
⑷加油口與空氣過濾器的設(shè)置
加油口一般設(shè)置在油箱頂部容易接近處，加油口應(yīng)帶有過濾網(wǎng)，平時(shí)加蓋封閉。空氣過濾器的作用：使油箱始終與大氣相通，保證泵的自吸能力，濾除空氣中的灰塵雜物。目前生產(chǎn)的空氣過濾器同時(shí)兼有吸油和通氣的作用，是標(biāo)準(zhǔn)件，可按需選用。
⑸液位計(jì)的設(shè)置
液位計(jì)用于監(jiān)測(cè)油面高度，故其窗口尺寸應(yīng)能滿足對(duì)最高與最低液位的觀察，并應(yīng)安裝在易于觀察的地方。液位計(jì)也是標(biāo)準(zhǔn)鍵，也可按需選用。
⑹放油口與清洗窗的設(shè)置
圖中油箱底面作成雙斜面，也可作成向回油側(cè)傾斜的單斜面，在最底處設(shè)放油口，平時(shí)用螺栓或放油閥堵住，換油時(shí)將其打開放走油污，換油時(shí)為便于泵清洗油箱，大容量的油箱側(cè)壁設(shè)清洗窗，其位安排應(yīng)便于吸油過濾器的裝拆。清洗窗口平時(shí)用側(cè)版密封，清洗時(shí)再取下。
⑺防污密封
油箱蓋板和窗口連接處均需加密封墊，各進(jìn)、出油管通過的孔均需裝密封圈，以防止外部污物的入侵。
⑻油溫控制
油箱正常工作溫度應(yīng)在15～65℃之間，必要時(shí)應(yīng)設(shè)溫度計(jì)和熱交換器。
⑼油箱內(nèi)壁加工
新油箱經(jīng)噴丸、酸洗和表面清洗后，四壁可涂一層與工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。
油箱見圖：圖3
圖中：
1．吸油箱 2．網(wǎng)式濾油器 3.濾油網(wǎng) 4.通氣孔 5.回油管 6.頂蓋 7.油面指示器
8.隔板 9．放油塞
（1）油箱的容積
上面計(jì)算出油箱的有效容積為125—175L，因?yàn)榇思舭鍣C(jī)對(duì)油箱沒有特殊要求，因此可設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體，長(zhǎng)寬高分別為：
油箱壁厚為5，材料為普通碳鋼
（2）進(jìn)油管濾油器的選用
因此50機(jī)器為普通液壓系統(tǒng)，采用回式濾油器，選用WV—40×180
（3）空氣濾油器的選用
此機(jī)器對(duì)空氣、油質(zhì)要求不高選用一般空氣濾油器，這兒選用：KGQ型空氣濾油器。
3.7 擬定液壓系統(tǒng)圖
液壓執(zhí)行元件以及各回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定之后,就可以跟據(jù)功能需要,市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性合理地選用液壓元器件,根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的五個(gè)組成部分：(1)動(dòng)力元件,(2)執(zhí)行元件,(3)控制元件,(4)輔助元件,(5)工作介質(zhì)。將設(shè)計(jì)選用的元器件有機(jī)地結(jié)合在一起,構(gòu)成合理的液壓系統(tǒng)圖1,兼液壓動(dòng)作循環(huán)表1。
液壓系統(tǒng)圖1:
圖中：
1.網(wǎng)式過濾器 2. 軸向柱塞泵 3.直通單向閥 4.組合閥 5.壓力表開關(guān)
6.壓力表 7.球閥 8.電磁換向閥 9．直動(dòng)型溢流閥
液壓系統(tǒng)循環(huán)表：
電磁閥
主油缸
壓料缸
+
下壓
壓緊
-
快退
復(fù)位
3.8 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
由于本液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單,壓力損失驗(yàn)算可以從略。又由于系統(tǒng)采用軸向柱塞泵供油,它依靠缸體內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)使密封工作容積變化來實(shí)現(xiàn)吸油的,其具有配合精度高,密封性能好的優(yōu)點(diǎn),加上柱塞泵主要零件處于受壓狀態(tài),使材料強(qiáng)度性能得到充分利用,故柱塞泵常做成高壓泵.同時(shí)油箱容量可以取較大值,系統(tǒng)發(fā)熱溫升不大,故不必進(jìn)行溫升驗(yàn)算。
3.9 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用
3.9.1 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)方式相比較，有如下主要優(yōu)點(diǎn)：
1）傳動(dòng)平穩(wěn) 在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓緩沖裝置，故不像機(jī)械機(jī)構(gòu)因加工和裝配誤差會(huì)引起振動(dòng)扣撞擊，使傳動(dòng)十分平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向；因此它廣泛地應(yīng)用在要求傳動(dòng)平穩(wěn)的機(jī)械上，例如磨床幾乎全都采用了液壓傳動(dòng)。
2）質(zhì)量輕體積小 液壓傳動(dòng)與機(jī)械、電力等傳動(dòng)方式相比，在輸出同樣功率的條件下，體積和質(zhì)量可以減少很多，因此慣性小、動(dòng)作靈敏；這對(duì)液壓仿形、液壓自動(dòng)控制和要求減輕質(zhì)量的機(jī)器來說，是特別重要的。例如我國生產(chǎn)的1m3挖掘機(jī)在采用液壓傳動(dòng)后，比采用機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的質(zhì)量減輕了1t。
3）承載能力大 液壓傳動(dòng)易于獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩，因此廣泛用于壓制機(jī)、隧道掘進(jìn)機(jī)、萬噸輪船操舵機(jī)和萬噸水壓機(jī)等。
4）容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 在液壓傳動(dòng)中，調(diào)節(jié)液體的流量就可實(shí)現(xiàn)無級(jí)凋速，并且凋速范圍很大，可達(dá)2000：1，很容易獲得極低的速度。
5）易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 液壓系統(tǒng)中采取了很多安全保護(hù)措施，能夠自動(dòng)防止過載，避免發(fā)生事故。
6）液壓元件能夠自動(dòng)潤(rùn)滑 由于采用液壓油作為工作介質(zhì)，使液壓傳動(dòng)裝置能自動(dòng)潤(rùn)滑，因此元件的使用壽命較長(zhǎng)。
7）容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作 采用液壓傳動(dòng)能獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作，如仿形車床的液壓仿形刀架、數(shù)控銑床的液壓工作臺(tái)，可加工出不規(guī)則形狀的零件
8）簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu) 采用液壓傳動(dòng)可大大地簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而減少了機(jī)械零部件數(shù)目。
9）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 液壓系統(tǒng)中，液體的壓力、流量和方向是非常容易控制的，再加上電氣裝置的配合，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)。目前，液壓傳動(dòng)在組合機(jī)床和自動(dòng)線上應(yīng)用得很普遍。
10）便于實(shí)現(xiàn)“三化” 液壓元件易于實(shí)現(xiàn)系列比、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化．也易于設(shè)計(jì)和組織專業(yè)性大批量生產(chǎn)，從而可提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。
液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：
1）液壓元件制造精度要求高 由于元件的技術(shù)要求高和裝配比較困難，使用維護(hù)比較嚴(yán)格。
2）實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間不可避免的要有泄漏，同時(shí)油液也不是絕對(duì)不可壓縮的。因此不宜應(yīng)用在在傳動(dòng)比要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，例如螺紋和齒輪加工機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。
3）油液受溫度的影響 由于油的粘度隨溫度的改變而改變，故不宜在高溫或低溫的環(huán)境下工作。
4)不適宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力 由于采用油管傳輸壓力油，壓力損失較大，故不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力。
5）油液中混入空氣易影響工作性能 油液中混入空氣后，容易引起爬行、振動(dòng)和噪聲，使系統(tǒng)的工作性能受到影響。
6）油液容易污染 油液污染后，會(huì)影響系統(tǒng)工作的可靠性。
3.9.2 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用和發(fā)展
液壓傳動(dòng)相對(duì)機(jī)械傳動(dòng)來說，是一門新的技術(shù)。如果從1795年世界上第一臺(tái)水壓機(jī)的誕生算起，液壓傳動(dòng)已有200年的歷史。然而，液壓傳動(dòng)的真正推廣使用卻是近50多年的事。特別是本世紀(jì)60年代以后，隨著原子能科學(xué)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)也得到很大發(fā)展，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域之中，在工程機(jī)械冶金、軍工、農(nóng)機(jī)、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機(jī)床工業(yè)中，液壓技術(shù)得到了普通的應(yīng)用。當(dāng)前，液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪音、低耗能、經(jīng)久耐用、高度集成化等方向發(fā)展；同時(shí)，新型液壓元件的應(yīng)用，液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也日益取得顯著的成果。
我國的液壓工業(yè)開始于本世紀(jì)50年代，其產(chǎn)品最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備，后來又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。自1964年開始從國外引進(jìn)液壓元件生產(chǎn)技術(shù)，同時(shí)自行設(shè)計(jì)液壓產(chǎn)品以來，我國的液壓件生產(chǎn)已形成系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。目前。我國機(jī)械工業(yè)正認(rèn)真消化，推廣從國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品（如中高壓齒輪泵、比例閥及新系列中高壓閥等），加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行新的國家標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差的不符國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品（如中低壓閥等）采取逐步淘汰的措施?？梢钥闯?，液壓傳動(dòng)技術(shù)在我國的應(yīng)用與發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的歷史階段。
第四章 控制液壓系統(tǒng)工作的電氣設(shè)計(jì)
4.1 課題概述和設(shè)計(jì)要求
本機(jī)器液壓系統(tǒng)中控制油泵電機(jī)的啟動(dòng)和停止是依靠電氣系統(tǒng)完成,且具有對(duì)上刀架行程的控制.同時(shí)裝置于上刀架上的后擋料機(jī)構(gòu),隨上刀架作上下擺動(dòng),后擋料調(diào)節(jié)由電機(jī)驅(qū)動(dòng),經(jīng)齒輪減速后由絲桿.即可達(dá)到擋料板向前后調(diào)節(jié).(這是機(jī)器設(shè)計(jì)過程中以理定好的).
對(duì)電氣控制的要求:
(1).由于機(jī)器上刀架動(dòng)作比較簡(jiǎn)單,只需配備一臺(tái)油泵電機(jī),直接控制啟動(dòng)與停止；
(2).后擋料機(jī)構(gòu)具有尺寸調(diào)節(jié)功能,需配備正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；
(3).供給電磁換向閥和計(jì)數(shù)繼電器,需由整流變壓器,經(jīng)整流獲得24V；
(4).需要一套局部照明裝置以及一定工作狀態(tài)指示燈。
4.2 設(shè)計(jì)理念
在設(shè)計(jì)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)時(shí)，主要涉及以下幾點(diǎn)。
首先，要滿足機(jī)床的主要性能，即機(jī)械傳動(dòng)、液壓系統(tǒng)的工作要求以及對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求。
機(jī)車的電氣傳動(dòng)方案要根據(jù)機(jī)床的調(diào)速指標(biāo)及對(duì)制動(dòng)和正反向要求來確定。
其次，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)能滿足機(jī)床的要求。一般在機(jī)車機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，給出電動(dòng)機(jī)的功率。
最后設(shè)計(jì)出電氣控制線路，即電氣原理圖。
機(jī)床電氣原理圖包含機(jī)床電氣控制線路圖和電氣元器件目錄表，它的設(shè)計(jì)是機(jī)床電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，而電氣控制控制線路的設(shè)計(jì)又是這一環(huán)節(jié)的核心內(nèi)容。在總體方案確定之后的具體設(shè)計(jì)是電氣原理圖開始的，各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)主要是通過電氣原理圖來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，它又是工藝設(shè)計(jì)和編制各種技術(shù)資料的依據(jù)。
（一）電氣原理圖設(shè)計(jì)的基本方法
電氣原理圖的設(shè)計(jì)是在拖動(dòng)方案及控制方式確定之后進(jìn)行的。在具體的設(shè)計(jì)中我們應(yīng)熟悉運(yùn)用兩種基本方法：
1.經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.邏輯設(shè)計(jì)
（二）電氣原理圖設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)：
有時(shí)候，設(shè)計(jì)出來的實(shí)際線路會(huì)出現(xiàn)不正確不合理不經(jīng)濟(jì)等現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意：
1.避免“臨界競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)現(xiàn)象”的產(chǎn)生。
2.盡量減少電器元件觸點(diǎn)的數(shù)量。
3.合理安排電器元件觸點(diǎn)的位置。
（三）盡量減少電氣線路的電源種類 電源有交流和直流兩大類，接觸器和繼電器等也有交流直流兩類，要盡量采用一種電源。電壓等級(jí)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，如交流一般為：380、220、127、110、36、24、6.3V。直流為：12、24、48V。
1.盡量減少電器元件的品種、規(guī)格、數(shù)量和觸點(diǎn)數(shù)量 同一用途的電器元件，盡可能選用同一型號(hào)規(guī)格的。實(shí)現(xiàn)同一控制功能的電路可以有多個(gè)，電器元件和觸點(diǎn)用得最少的電路最優(yōu)。
2.盡可能減少通電器數(shù)量 例如，時(shí)間繼電器在完成延時(shí)控制功能以后，就應(yīng)斷電，以利節(jié)能和延長(zhǎng)壽命。
4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)課題概述個(gè)設(shè)計(jì)要求,可知需配合二臺(tái)電動(dòng)機(jī),油泵電機(jī),設(shè)為M1,后檔料電機(jī),設(shè)為M2.電動(dòng)機(jī)的選用在機(jī)械設(shè)計(jì)中確定。
(1).油泵電機(jī),選定為：
Y132M—4,(7.5kW、380V、15.4A、1440r/min) ；
(2).后擋料電機(jī),選定為：
y80M2—6,(0.55kW、380V、1.6A、910r/min)。
4.4 電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)
4.4.1 主油路的設(shè)計(jì)
(1).主電機(jī)(油泵電機(jī))：
M1的功率為7.5kW,直接控制油泵啟動(dòng)和停止,所以M1采用單向直接啟動(dòng)控制方式,用交流接觸器KM1進(jìn)行控制,電機(jī)運(yùn)行利用自保持環(huán)節(jié),保持電機(jī)工作穩(wěn)定。同時(shí)它的短路保護(hù)可由機(jī)器的前一級(jí)配電箱的熔斷器充任。
(2).后擋料電機(jī)：
在生產(chǎn)過程中,往往要求電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),由三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知,只要將電動(dòng)機(jī)接到三相電源中任意兩根連線對(duì)調(diào),即可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn).因此用交流接觸器,KM2,KM3實(shí)現(xiàn)此功能。
4.4.2 控制電源設(shè)計(jì)
考慮到安全可靠和滿足照明及指示燈要求,采用控制變壓器TC1,其一次側(cè)為交流380V,二次側(cè)為交流220V,其中供給電磁換相閥和計(jì)數(shù)繼電器,采用TC2、VC,硅整流裝置,一次側(cè)為交流380V,二次側(cè)為直流24V。
4.4.3 控制電路設(shè)計(jì)
(1).主電機(jī)M1的控制：
按下按鈕開關(guān)SB3,油泵電機(jī)啟動(dòng),指示燈HL2亮,表示油泵電機(jī)工作。按下按鈕SB2,油泵停止工作.轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA3,選擇剪切規(guī)范,轉(zhuǎn)動(dòng)SA3,到[↑↓]位置時(shí),為“一次行程”。轉(zhuǎn)動(dòng)SA3到[↓↑↓]的位置為“連續(xù)行程”，SA3在一次行程位置時(shí),腳踏一下腳踏開關(guān)SF,機(jī)床的上刀架向下剪切,松開SF,上刀架停止向下,并立即回升到死點(diǎn)。再次剪切必須再次踏下SF,必須注意:板料沒有被全部剪斷時(shí),不能松開腳踏開關(guān)SF,以防止板料剪壞.當(dāng)SA3在“連續(xù)行程”位置時(shí)，踩下腳踏開關(guān)SF剪切(但踏下的時(shí)間不能過長(zhǎng),否則成了一次剪切),再踏