皮革沖裁機的設計【含CAD裝配圖圖帶開題報告】
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皮革沖裁機的設計摘 要沖壓裁切機是為了提高工作效率而進行設計的專用機床，該機械主要用于皮革的切削。通過分析皮革下料機的設計要求和設計原理，確定了總體方案，完成了傳動零件的選定，設計非標準件和機床總體結構。為實現下料機的預期功能，對其傳動系統進行了設計。擬定了傳動方案，分配了各級傳動比，完成了動力和運動參數設計，以及結構設計，并進行有關的計算和校核等。根據下料機切削皮革的要求，選用曲柄滑塊機構來控制工作行程，對曲柄滑塊機構的運動進行了分析。所設計的龍門皮革下料機的工作效率高，能夠準確的運動,傳動平穩(wěn)可靠，使用安全,易于維修，滿足了下料分切干燥要求，工作行程便于調整，能保證所需皮革樣式準確的切除。關鍵詞：沖壓裁切；總體機構；傳動系統AbstractPunch cutting machine is a special machine designed to improve working efficiency, the machine is mainly used for leather cutting.Through the analysis of the design requirements and design principles of leather blanking machine, the overall scheme is determined, the selection of transmission parts is completed, and the non-standard parts and the overall structure of the machine tool are designed. In order to realize the expected function of blanking machine, its transmission system is designed. The transmission scheme is drawn up, the transmission ratio at all levels is allocated, the design of power and motion parameters is completed, the structure is designed, and the relevant calculation and verification are carried out. According to the requirement of cutting leather by the blanking machine, the crank slider mechanism is selected to control the working stroke, and the movement of the crank slider mechanism is analyzed. The designed Longmen leather blanking machine has the advantages of high working efficiency, accurate movement, stable and reliable transmission, safe use and easy maintenance, meets the requirements of cutting and drying the blanking, is convenient to adjust the working stroke, and can ensure the accurate removal of the required leather style.Keywords: stamping cutting; General institutions; Transmission system目錄摘 要 ............................................................................................................................................1關鍵詞： ........................................................................................................................................1Abstract ..........................................................................................................................................2第一章、緒論 ................................................................................................................................51.1 課題的來源、設計要求 ..................................................................................................51.2 課題在國內（外）發(fā)展概況及存在的問題 ..................................................................51.3 國內數控沖裁機產業(yè)現況 ..............................................................................................61.4 國內數控沖裁機產業(yè)展望 ..............................................................................................71.5 課題設計的總體思路 ......................................................................................................91.6 本設計應解決的主要問題、意義及實用價值 ..............................................................91.7 主要規(guī)范與技術指標 ....................................................................................................10第二章系統總體設計 ..................................................................................................................112.1 沖裁機的工作原理及特點 ............................................................................................112.1.1 液壓系統的工作原理 .........................................................................................112.1.2 液壓系統的主要結構形式 .................................................................................122.1.3 液壓系統基本參數 .............................................................................................122.1.4 液壓系統的特點 .................................................................................................132.2 液壓控制系統的功能和組成 ........................................................................................132.3 液壓系統系統設計及分析 ............................................................................................142.3.1 液壓系統的液壓系統功能需求分析 .................................................................142.3.2 液壓系統的系統圖及系統工作原理分析 .........................................................152.3.3 系統控制基本回路 .............................................................................................17第三章元件選取計算 ..................................................................................................................213.1 液壓缸的尺寸 ................................................................................................................213.1.1 工作缸的尺寸 .....................................................................................................213.1.2 頂出缸的尺寸 .....................................................................................................223.2 計算液壓系統工作的流量 ............................................................................................223.3 選擇液壓泵的規(guī)格 ........................................................................................................243.4 確定控制閥的尺寸 ........................................................................................................25第四章移動系統設計及計算 ......................................................................................................264.1 電機的選擇 ....................................................................................................................264.2 鏈傳動的設計 ................................................................................................................274.3 軸的設計 ........................................................................................................................294.4 聯軸器及鍵的選擇 ........................................................................................................314.5 軸承的選擇 ....................................................................................................................32致謝 ..............................................................................................................................................34參考文獻 ......................................................................................................................................35第一章、緒論1.1 課題的來源、設計要求在制鞋工藝中，制作運動鞋面用的皮革，由沖裁機通過模具從大塊皮革沖出小樣，再拼接而成。因此，需要設計出一臺皮革沖裁機，具有緊急制動功能，提高制作鞋面效率。設備應能滿足沖裁下料要求且結構簡單、運轉平穩(wěn)，工作可靠,同時工作行程應便于調整,設備易便于維修1.2 課題在國內（外）發(fā)展概況及存在的問題改革開放 20 多年來，隨著中國成為皮革工業(yè)大國，皮革機械行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展。皮革機械行業(yè)包括制革、制鞋及皮件機械部分，為皮革工業(yè)生產提供機械及自動化生產裝備。皮革機械的發(fā)展，改變了皮革工業(yè)從手工作坊的生產方式到機械化、半自動化大規(guī)模工業(yè)的生產，提高了產品質量，提高了生產效率。近三年，中國制鞋機械年銷售額每年都以 20%以上的速度增長; 去年銷售額增長超過30%。隨著中國成為世界鞋業(yè)加工基地，鞋機企業(yè)完成了創(chuàng)業(yè)初期的資金和技術積累，今后將會及時根據鞋廠的工藝改進，設計生產新的機器，提高新產品開發(fā)能力，創(chuàng)造中國鞋機品牌和具有中國特點的鞋機。中國鞋機的質量已經穩(wěn)定，鞋機出口將有相當大的發(fā)展空間?？偟恼f來，目前中國皮革機械工業(yè)已有一定的規(guī)模，各廠家生產的產品，在種類、規(guī)格、數量、質量等方面都有很大的發(fā)展和提高，基本滿足了皮革企業(yè)的需要，部分皮機已達到或接近國際 80 年代水平并且出口。近年來，一些軍工大企業(yè)也介入皮機生產，有力地促進了皮機工業(yè)的發(fā)展，目前已形成了幾個皮機生產制造基地和集團。但是，我們不可否認這樣一個事實:皮革制品加工業(yè) 在中國仍然屬于勞動密集型產業(yè)，即使是目前多數大中型皮革企業(yè)使用的性能高的機器設備依然以“洋機” 為主，國產皮機在質量上與國際先進皮機相比還有一定的差距?！捌じ餀C械工業(yè) 基礎差，設計理論不夠完善，科研力度仍不夠，專業(yè)人才匱乏，以引進、仿造為主”，這就是中國現階段皮革機械工業(yè)的真實寫照，同時也是中國皮革機械水平低、落后的最根本所在。而實現皮革生產的機械化、自動化是其發(fā)展的根本出路。[19]1.3 國內數控沖裁機產業(yè)現況（一）國內數控沖裁機市場進入快速成長期數控沖裁機作為先進加工設備的代表，已在國外得到普及。進入中國 20 余年來，由于數控沖裁機長時間處于百萬元以上的高昂產品價位以及動輒需要每年超 10 萬元的售后服務費和使用費，使得國內眾多下游企業(yè)只能“望機興嘆” 、 “鮮有問津”，數控沖裁機市場發(fā)展遲緩。據中國服裝協會不完全統計，在國內十余萬家服裝企業(yè)中使用數控沖裁機的企業(yè)不足千家，普及率不到 1%。但隨著國內數控沖裁機生產企業(yè)的快速成長和競爭力的不斷增強，數控沖裁機產品的價格門檻不斷下降、產品性價比不斷提升。截至 2010 年，數控沖裁機在國內市場銷售價格已從本世紀初的每臺 300 多萬元下降至 100 萬元以內，個別主流品牌，如和鷹科技，因其能實現規(guī)?；a，售價甚至已降低至每臺 80 萬元以下，售后服務費用也降至每臺 5 萬元以下。與此同時，數控沖裁機生產商推出了 24 小時電話服務及節(jié)假日不間斷服務，售后服務水平不斷提升。本土生產企業(yè)主動下調價格、提升服務，使越來越多的中小型服裝企業(yè)可以使用數控沖裁機，大大拓展了市場，加速了數控沖裁機這種高端設備的普及。同時，隨著性價比的不斷提升，越來越多不同行業(yè)的企業(yè)也開始關注數控沖裁機產品，數控沖裁機的下游產業(yè)鏈呈現明顯擴散趨勢，由最初的紡織服裝行業(yè)領域逐漸向產業(yè)用紡織品、交通運輸領域、特種材料領域等下游行業(yè)過渡。在產品價格下降、勞動力成本上升、下游行業(yè)發(fā)展和應用行業(yè)領域擴大等多重因素的推動下，國內數控沖裁機行業(yè)發(fā)展迅速。根據調查所得，近五年數控沖裁機的價格和銷量情況呈現出圖一所示的狀況從上圖可以看出，隨著銷售價格的下降數控沖裁機的銷量不斷攀升，當價格下降到每臺100 萬元以下時，市場對于數控沖裁機的需求出現井噴，數控沖裁機的銷售量亦呈現巨幅增長。（二）數控沖裁機行業(yè)競爭日趨激烈上世紀 80 年代，以格柏、力克為代表的國外品牌數控裁剪裝備陸續(xù)進入中國市場。當時國產數控沖裁機產業(yè)一片空白，國內市場在相當一段時間內為少數國外品牌所壟斷，產品價格非常昂貴，阻礙了作為生產升級裝備的數控沖裁機向國內服裝、鞋帽等下游行業(yè)的普及。為此，國家有關部門將數控沖裁機的研發(fā)列入“六五計劃” 、 “863 計劃”的關聯項目中，投入大量人力、物力進行研究開發(fā)，但受制于核心技術的缺失以及配套產業(yè)的不完善，最終未能取得預期效果。進入二十一世紀，隨著國內經濟的高速發(fā)展和國內裝備制造業(yè)整體水平的不斷提升，和鷹科技對國外企業(yè)壟斷發(fā)起挑戰(zhàn)。和鷹科技是目前國內唯一一家具有完整知識產權并實現規(guī)?；慨a的數控裁剪設備制造商。公司在引進吸收國外技術的基礎上結合自主研發(fā)創(chuàng)新掌握了數控沖裁機的核心技術，迅速推出國產的數控沖裁機。經過多年的發(fā)展，和鷹科技通過技術進步不斷改進產品并成功降低生產成本，通過建立發(fā)達的售后服務網絡和提供便捷的售后服務、充分的易損零部件供應，形成產品和服務方面的雙重性價比優(yōu)勢，迅速在激烈競爭的數控沖裁機市場占據了重要地位。1.4 國內數控沖裁機產業(yè)展望（一）潛在市場容量巨大根據中國縫制機械協會發(fā)布的《行業(yè)“十二五 ”發(fā)展規(guī)劃》 ，世界范圍內非縫紉類縫制設備年總產值約為 120 億元，年產銷量約為 200 萬臺。截至 2010 年末，國內服裝市場數控沖裁機保有量不足 1800 臺，普及率不足 1%；自動鋪布機保有量在 4,000 臺，普及率不足 2%；真皮數控沖裁機的市場保有量在還不足 300 臺，普及率不足目前 1%。按照 40%的普及率進行保守估算，數控沖裁機在國內服裝行業(yè)的潛在市場容量規(guī)模約為5 萬臺；根據鋪布機與數控沖裁機 2：1 的功效配比進行保守估算，鋪布機在國內服裝行業(yè)的潛在市場容量規(guī)模至少為 10 萬臺?？紤]到數控沖裁機在國內應用領域及范圍的不斷擴大，數控沖裁機在服裝以外行業(yè)的潛在市場容量約為 1~1.3 萬臺；此外，真皮數控沖裁機的潛在市場容量也達到 2.5 萬臺左右。具體情況如表三所示：（二）未來 5 年將保持高速增長根據國家經濟結構調整和產業(yè)升級的戰(zhàn)略部署，紡織服裝等傳統產業(yè)也在加快產業(yè)結構調整與升級，將大規(guī)模推廣與采用先進適用的工藝技術與裝備，以提高生產與服務環(huán)節(jié)的自動化、智能化、現代化水平。此外，由于中國經濟產業(yè)結構變化明顯，傳統行業(yè)的用工荒問題在近年日益突顯，勞動力成本上漲趨勢明顯，服裝等傳統企業(yè)以先進裝備替代人工的需求非常迫切。中國紡織工業(yè)協會會長杜鈺洲在 2010 年 11 月 20 日舉行的“中國服裝高新技術成果交流推廣會”上發(fā)表講話時指出：“ 中國紡織服裝行業(yè)將在未來邁入以 ‘結構優(yōu)化、技術先進、清潔安全、附加值高、吸納就業(yè)能力強’為支撐點的新型工業(yè)化道路，科技進步是中國紡織服裝行業(yè)建設強國的重要支撐。 ”《紡織工業(yè)“ 十二五”科技進步綱要》更是將“推廣服裝企業(yè)自動化、數字化、信息化生產工藝技術，到 2015 年實現服裝 CAD 普及率達到 30%以上，CAM 普及率達到 15%以上，RFID 普及率達到 20%”作為推廣重點?！笆濉逼陂g，隨著下游服裝、箱包等行業(yè)規(guī)模企業(yè)的制造信息化、數字化進程的快速推進，預計數控沖裁機的銷量將保持年均 30%以上的增速，自動鋪布機的銷量將保持年均 20%以上的增速。（三）數控沖裁機進入加速普及期國產和本土化制造的數控沖裁機增多，以及市場需求擴大，促使數控沖裁機產品在我國進入加速普及期。性價比高、售后服務水平好的產品將迅速占領市場并占據主要份額，盲目追求高毛利、不愿提升售后服務水平的生產廠商將會逐步被淘汰。隨著普及的深入，數控沖裁機產品也由原先高不可攀的“貴族” 設備逐漸成為中小型企業(yè)的日常生產裝備。考慮到市場規(guī)模的不斷擴大以及生產廠商合理競爭等因素，預計未來 2~3 年數控沖裁機國內市場價格將在保持合理毛利的前提下穩(wěn)中有降，下降空間在 5%—10%。作為產業(yè)信息化、自動化重要一環(huán)，數控沖裁機的迅速普以及產品性能的不斷提升、售后服務的不斷完善、產品性價比的不斷提高，無疑將大幅提升下游行業(yè)的生產效率，促進以服裝行業(yè)為代表的下游行業(yè)的產業(yè)升級。1.5 課題設計的總體思路皮革制品是以動物類的表皮、毛皮為主料，以紡織品、塑料、橡膠等為輔料制作成的產品總稱，是深受人們喜愛的生活用品之一，與人類的日常生活息息相關。中國是皮革制品生產大國、消費大國和出口大國，皮革制品加工業(yè)是皮革 t 業(yè)相當重要的一部分，也是我國輕工業(yè)的支柱產業(yè)之一。改革開放以來，國內皮革業(yè)依托傳統的產業(yè)基礎，抓住機遇，通過政策引導和積極培育，已經成為中國經濟的一大支柱產業(yè)，在國際上也產生了一定的影響。但目前國內皮革制品加工企業(yè)基本都是靠人工或少量機械設備輔助的方式進行皮革裁剪，這種原始的裁剪方式皮革利用率低、工人勞動強度大、企業(yè)用工量大，這在一定程度上加大了企業(yè)的生產成本，這些不利因素在很大程度上制約了我國皮革制品在國際市場上的競爭力．而在國外工業(yè)發(fā)達國家，如美國、法國、日本和加拿大等由?。簞趧恿r格較高，他們早已普遍采用自動化皮革裁剪系統。但是國外自動化皮革裁剪系統價格普遍比較昂貴、且在國內維護不方便。隨著市場經濟的不斷完善和加入世貿，國內、國際兩個市場逐漸向多品種、小批量發(fā)展，而集成自動配色分類、樣板 CAD、智能優(yōu)化排版、高速數控裁剪、輔助分類 f 料于一體的皮革制品準柔性制造系統，在這種市場發(fā)展趨勢下將具有獨特的競爭優(yōu)勢，能大大提高皮革制品生產的原材料利用率和生產效率，降低工人勞動強度，并有效地控制和提高產品質鼉，同時，提高皮革制品加工設備自動化、智能化水平，提高了產業(yè)層次，且全國擁有眾多皮革制品生產企業(yè)，麻用前景將十分喜人。本課題首先需要完成總體設計：設計皮革下料機的總體結構，安裝尺寸，確定機器的傳動方案和工作原理，分配各級傳動裝置的傳動比，同時根據需要的生產量確定機器的工作參數。其次，在完成總體設計的基礎上，需要進行傳動裝置設計：利用鏈齒結構進行傳動，結構簡單，傳動比準確，高效率，低功耗，平穩(wěn)運行，具有良好的性能。1.6 本設計應解決的主要問題、意義及實用價值解決的主要問題：通過現代 CAD 技術對傳動零件的選定，設計非標準件和機床總體結構。運用 AutoCAD 繪制機床的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖，以指導各零件的加工和機床的設計。運用 Pro/E 進行該機床零件的三維實體建模，生成三維爆炸視圖，指導該機床的生產裝配。通過專業(yè)知識核實所設計的機床總體結構和各零部件是否合格。皮革下料專用機床的設計制造滿足了技術發(fā)展的需要，提高了生產率和產品的精度，增大了設備的適應能力,改善了加工工藝，減少了企業(yè)資金的投入。用戶還可以針對自己的實際情況做出相應的調整。從生產分析來看，在現代制造業(yè)中，單一品種的大量生產占有相當大的比重，若要完成這些生產任務，不外乎選擇通用機床、專用機床或數控機床，其中專用機床是最能適應這種生產需要的。1.7 主要規(guī)范與技術指標最大沖裁壓力 10 噸；沖裁速度 30-60 次/min沖程調節(jié)范圍：0-60mm;壓板至工作臺距離 60-130mm;工作壽命為 5 年，兩班制；設計出一張 A1 皮革沖載機裝配圖以及設計說明書。第二章系統總體設計2.1 沖裁機的工作原理及特點2.1.1 液壓系統的工作原理液壓系統的工作原理如圖 2.1 所示。兩個充滿工作液體的具有柱塞或活塞的容腔由管道相連接。當小柱塞上作用的力為 時，根據帕斯卡原理：在密閉的容器中，液體壓力在各個1F方向上是相等的，則壓力將傳遞到容腔的每一點。因此，在大柱塞 2 上將產生向上的作用力，迫使制件 3 變形，且 。 ， 分別為小柱塞 1 和大柱塞 2 的工作面積 [6]。2F2121/A??2圖 2.1 液壓系統工作原理圖液壓系統的本體結構及工作原理可用圖 2.2 來表明。1-充液罐 2-上粱 3-主缸及活塞 4-活動橫梁 5-立柱 6-下梁 7-頂出缸圖 2.2 液壓系統本體機構圖滑塊在工作主缸的驅動下，以立柱為導向，在上下橫梁之間往復運動?；瑝K下端面固定有上模具，而下模具則固定與下橫梁上的工作臺上。當高壓液體進入主缸的上腔，推動滑塊向下運動，使工件在上下模具之間產生塑性變形。當主缸下腔進油時則推動滑塊往上運動，同時下橫梁內的頂出缸頂出工件 [7]。2.1.2 液壓系統的主要結構形式按照結構形式分類，液壓系統主要包括單柱液壓系統、四柱液壓系統、框架液壓系統及其他結構的液壓系統。液壓系統有單動、雙動、三動三種基本的動作方式。在單動方式中，壓頭（或滑板）作為移動部件單向移動完成壓制過程。這種工作方式沒有壓邊裝置。單動壓力機主要用于薄型工件成型中，適用于卷材和帶型材料。雙動型壓力機有兩個移動部件：滑板（或沖頭）和模板。其工作過程是，沖頭（或滑板）自上而下拉伸沖料，模板充作固定壓板。在壓制成型后，模板能實現打料頂出功能。可根據材料和工件的特征參數來調整模板的壓力。三動型壓力機中，深拉伸滑塊和壓邊滑塊自上而下移動，由模板實現打料動作。但是，模板也可以充作壓邊塊來實現專門的成型操作。這種壓力機也可以做雙動機用。由于內滑板和壓邊塊相關連，因此，成型壓力和壓邊力合成整個系統的總負載 [8]。2.1.3 液壓系統基本參數液壓系統的技術參數是根據它的工藝用途和結構特點確定的，它反映了液壓系統的工作能力和特點，是設計液壓系統的重要依據 [9]。液壓系統的基本參數有以下內容:（1）公稱壓力（公稱噸位）及其分級公稱壓力是指液壓系統名義上能產生的最大力量，在數值上等于工作液體壓力和工作柱塞總工作面積的乘積。它反映了液壓系統的主要工作能力。（2）最大凈空距（開口高度）H最大凈空距 H 是指活動橫梁停止在上限位置時，從工作臺上表面到活動橫梁下表面的距離，凈空距反映了液壓系統高度方向上工作空間的大小。（3）最大行程 S最大行程 S 指活動橫梁能夠移動的最大距離。（4）工作臺尺寸（長×寬）工作臺尺寸指工作臺面上可以利用的有效尺寸，如圖 8-9 中的 B 與 T。（5）回程力回程力由活塞缸下腔工作面積或單獨設置的回程缸來實現。（6）活動橫梁運動速度（滑塊速度）可分為工作行程速度、空行程速度及回程速度。工作行程速度由工藝要求來確定?？招谐趟俣燃盎爻趟俣瓤梢愿咭恍蕴岣呱a率。（7）允許最大偏心距允許最大偏心距是指工件變形阻力接近公稱壓力時，所能允許的最大偏心值。（8）頂出器公稱壓力及行程有些液壓系統下橫梁裝有頂出器。其壓力和行程可按工藝要求確定。2.1.4 液壓系統的特點液壓系統與其他機械壓力機相比具有以下特點 [10]：一是動力傳動為“柔性"傳動，不象機械加工設備一樣動力傳動系統復雜，這種驅動原理避免了機器過載的情況；二是液壓系統的拉伸過程中只有單一的直線驅動力，沒有“成角的"驅動力，這使加工系統有較長的生命期和高的工件成品率；三是液壓裝置易于實現過載保護；四是在同等體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生出更大的動力；五是液壓裝置能在大范圍內實現無級調速；六是液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于液壓系統具有許多優(yōu)點，所以它在工業(yè)生產中尤其在鍛造、沖壓生產中的應用已有悠久歷史，對于大件鍛造、大件拉深工藝，更顯其優(yōu)越性。2.2 液壓控制系統的功能和組成歸納起來，液壓控制系統一般應滿足以下要求 [12]：能源裝置——把機械能轉換成油液液壓能的裝置。最常見的形式是液壓泵，它給液壓系統提供壓力油。執(zhí)行元件——把油液的液壓能轉換成機械能的元件。有作直線運動的液壓缸，或作旋轉運動的液壓馬達?？刂普{節(jié)元件——對系統中油液壓力，流量或油液流動方向進行控制或調節(jié)的元件。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統。輔助元件——上述三部分以外的其他元件，例如油箱，過濾器，油管等。他們對保證系統正常工作有重要作用。（5）其他的一些完成邏輯功能的邏輯元件等。液壓控制系統的典型組成如圖 2.3 所示。圖 2.3 液壓控制系統的典型組成2.3 液壓系統系統設計及分析2.3.1 液壓系統的液壓系統功能需求分析四柱液壓系統用途廣泛，除了用于板料的沖裁、拉伸、彎曲、翻邊等沖壓工藝外，還可用于冷擠、校正、壓裝、粉末制品、磨料制品、塑料制品和絕緣材料的壓制成形。其本體機構為一般的典型三梁四柱式，設有頂出缸及充液系統。它由上橫梁、活動橫梁、下橫梁及四根立柱組成，上橫梁的中間孔安裝工作缸，下橫梁的中間孔安裝頂出缸，活動橫梁靠四個角上的孔套裝在四立柱上，上方與工作缸的活塞相連接，由其帶動活動橫梁上下運動。液壓系統由能源轉換裝置（泵和油泵） 、能量調節(jié)裝置（各種閥）以及能量輸送裝置（油箱、充液筒、管路）等組成。借助電氣系統的控制，驅動活動橫梁及頂出缸活塞運動，完成各種工藝動作循環(huán)。本機器具有調整、手動和半自動三種方式可供選擇。依靠活動橫梁和頂出缸活塞的配合動作完成各種制件的壓制。2.3.2 液壓系統的系統圖及系統工作原理分析液壓系統的液壓控制系統原理圖如圖 2.4 所示。上滑塊由主缸驅動實現加壓，下滑塊由下缸驅動實現頂出。系統有兩個泵，主泵為恒功率變量泵，最高工作壓力由溢流閥 8 的遠程調壓閥 9 調定。輔助泵 2 是低壓小流量定量泵，用于供應液動閥的控制油。1-控制泵組 2-主電機 3-液壓泵 4、10-電液換向閥 5、7、8-溢流閥6-節(jié)流閥 9-遠程調壓閥 11、15- 電磁換向閥 12-液控單向閥 13-支承閥 14-充液閥16-單向閥 17-壓力繼電器圖 2.4 滑閥式一般用途液壓系統液壓控制系統圖各個行程的動作如下：（1）啟動液壓泵電機啟動時，全部換向閥的電磁鐵處于斷電狀態(tài)，泵輸出的油經三位四通電液換向閥 10（中位）及閥 4（中位）流回油箱，泵空載啟動。（2）活動橫梁空程快速下降電磁鐵 1YA 及 5YA 通電，閥 10 及閥 11 換至右位，控制油經電磁換向閥 11（右位） ，打開液控單向閥 12，主工作腔下腔油經閥 12、閥 10（右位）及閥4（中位）排回郵箱，動梁在重力作用下快速下降，此時主工作缸上腔形成負壓，上部油箱的低壓油經充液閥 14 向主缸上腔充液，同時泵輸出的油也經閥 10 及單向閥 15 進入主缸上腔。進油路：泵 3—閥 10 右位—閥 15—主缸上腔回油路：主缸下腔—閥 12—閥 10 右位—閥 4 中位—油箱（3）活動橫梁慢速下降及工作加壓活動橫梁下降至一定位置，觸動行程開關 2s，使5YA 斷電，閥 11 復位，液控單向閥 12 關閉，主缸下腔油須經支承閥 13 排回油箱，活動橫梁不再靠重力作用下降，必須依靠泵輸出的壓力油對活塞加壓，才能使活動橫梁下降，活動橫梁下降速度減慢，此時，活動橫梁的速度取決于泵的供油量，改變泵的流量即可調節(jié)活動橫梁的運動速度。在工作加壓過程中，主工作缸內油壓取決于工件的變形阻力。進油路：泵 3—閥 10 右位—閥 15—主缸上腔回油路：主缸下腔—閥 13—閥 10 右位—閥 4 中位—油箱（4）保壓電磁鐵 6YA 通電，閥 15 接通油箱；1YA 斷電，利用單向閥 15 及充液閥 14之錐面，對主缸上腔油密封，依靠油液及機架的彈性進行保壓。若主缸上腔油壓降低，低到一定值時，壓力繼電器 16 發(fā)出訊號，使電磁鐵 1YA 通電，泵向主缸上腔供油，使油壓升高，保持保壓壓力。而當油壓超過一定值時，壓力繼電器 16 又發(fā)訊號，使 1YA 斷電，液壓泵停止向主缸上腔供油，油壓不再升高。（5）快速回程電磁鐵 6YA 斷，2YA 通電，閥 10 換至左位，壓力油經閥 10（左位）使充液閥 14 開啟，主缸上腔油經閥 14 排回油箱，壓力油經閥 12 進入主缸下腔，推動活塞上行，活動橫梁快速回程。進油路：泵 3—閥 10 左位—閥 12—主缸下腔回油路：主缸上腔—閥 14—油箱（6）浮動壓邊當需要利用頂出缸為板料拉伸進行壓邊時，可先令電磁鐵 3YA 通電，閥4 換至左位，壓力油經閥 10（中位）及閥 4（左位）進入頂出缸下腔。頂出缸上腔油經閥4（左位）排回油箱，頂出活塞上行，當壓靠壓邊圈后，令 3YA 斷電。坯料進行反拉伸時，頂出缸活塞在動梁壓力作用下，隨動梁一起下降。頂出缸下腔油經節(jié)流閥 6 及溢流閥 5 排回油箱，由于節(jié)流閥 6 存在一定節(jié)流阻力，因而產生一定油壓，相應使頂出缸活塞上產生一定的壓邊力。調節(jié)溢流閥 5 即可改變此浮動壓邊力。（7）頂出器頂出及退回電磁鐵 3YA 通電，閥 4 換至左位，頂出缸活塞上行，頂出。進油路：泵 3—閥 10 中位—閥 4 左位—頂缸下腔回油路：頂缸上腔—閥 4 左位—油箱而電磁鐵 4YA 通電，閥 4 換至右位，則頂出缸活塞下行，退回。進油路：泵 3—閥 10 中位—閥 4 右位—頂缸上腔回油路：頂缸下腔—閥 4 左位—油箱（8）停止全部電磁鐵處于斷電狀態(tài)，閥 4 和閥 10 處于中位，液壓泵 3 輸出的油經閥10（中位）及閥 4（中位）排回油箱，泵卸荷。液控單向閥 12 將主工作缸下腔封閉，支承活動橫梁懸空，停止不動。其他溢流閥 8 及遠程調壓閥 9 作為系統安全調壓用，溢流閥 7 則作為頂出缸下腔安全限壓用[14]。表 2.1 為電磁鐵動作順序表。表 2.1 液壓系統電磁鐵動作順序表（滑閥式）液壓缸 動作名稱 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA快速下行 ＋ ＋工作缸 慢速下行 ＋保壓 ＋快速回程 ＋頂出 ＋頂出缸退回 ＋2.3.3 系統控制基本回路任何復雜的液壓系統總是由一些基本回路所組成的。所謂基本回路，就是在系統中采用某些液壓元件為實現某種動作或性能要求而組成的典型油路。常見的基本回路按其在系統中的功能可分為：壓力控制基本回路、方向控制基本回路、速度流量控制基本回路、多執(zhí)行元件工作控制回路以及其它回路。下面主要分析本系統中的一些基本控制回路。（1）壓力控制基本回路壓力控制基本回路是用壓力控制閥來控制或調節(jié)整個液壓系統或某一部分的油液壓力，以獲得執(zhí)行元件所需要的力或轉矩，或保持受力狀態(tài)、防止系統過載、防止系統液壓沖擊以及減少系統能量損耗的回路。下面主要介紹調壓、卸荷、保壓等回路。（a）調壓回路調壓回路的功能是使液壓系統整體或某一部分的壓力保持恒定或不超過某個數值。如圖 2.5 所示：在泵 3 的出口處設置并聯的溢流閥 8 和遠程調壓閥 9，使泵的出口壓力基本維持恒定。圖 2.5 調壓回路（b）卸荷回路卸荷回路的功能是使液壓泵在接近零壓的情況下運轉，這樣可以避免頻繁啟動電機，減少功率損失和系統發(fā)熱，延長泵和電機的使用壽命。本系統中串聯油路泵通過兩個換向閥中位卸壓，如圖 2.6 所示。圖 2.6 卸荷回路（c）保壓回路有些機械要求具有保壓的功能，即在工作循環(huán)的某一階段內保持規(guī)定的壓力。保壓回路應滿足保壓時間、壓力穩(wěn)定、工作可靠及節(jié)能等多方面的要求。在本系統采用單向閥 16 保壓。（2）速度流量基本控制在液壓系統中，執(zhí)行元件的速度是由供給執(zhí)行元件的液流量來控制的。因此，對液流量的控制實質上就是對執(zhí)行元件運動速度的控制。其控制方式有閥控及泵控兩種，前者是通過改變節(jié)流元件的通流面積，后者則是通過改變液壓泵或液壓馬達的排量。速度控制回路包括調速回路、快速運動回路、速度換接回路等。速度控制回路往往是液壓系統中的核心部分，它的工作性能優(yōu)劣對系統起著決定性的作用。（a）調速回路調速回路有節(jié)流調速回路、容積調速回路和容積節(jié)流調節(jié)回路，本系統采用的是容積調速回路。通過改變泵或馬達的排量來進行調速的方法成為容積調速，這種調速回路由變量泵與定量執(zhí)行元件、變量泵與變量液壓馬達以及定量泵與變量液壓馬達等幾種組合形式。其主要優(yōu)點是：沒有溢流損失和截留損失，因而效率高，發(fā)熱少。但變量泵或變量液壓馬達的結構較定量泵或定量液壓馬達復雜，因此容積調速回路的成本較節(jié)流調速回路的成本稍高。如圖 2.7 所示為變量泵-缸容積調速回路，回路中液壓缸的活塞速度靠變量泵的排量來調節(jié)。圖 2.7 變量泵-缸調速回路（b）快速運動回路快速運動回路是在不增加液壓泵流量的情況下，加快執(zhí)行元件的空載運行速度，以提高系統的工作效率和充分利用功率。本系統中利用上滑塊自重加速、充液閥 14 補油的快速運動回路，功率利用合理。（c）速度換接回路速度換接回路的功能是使執(zhí)行元件在一個工作循環(huán)中，從一個運動速度變換到另一種運動速度。常用的回路有用行程閥的快慢速換接回路、用兩種調速閥的速度換接回路和二次進給回路等。（3）方向控制回路方向控制基本回路是控制執(zhí)行元件的運動方向的回路。通常情況下采用二位或三位換向閥可使執(zhí)行元件換向。三位換向閥除了使執(zhí)行元件正反兩個方向運動外，不同的中位滑閥機能還可以使系統獲得不同的性能。本系統中主缸由中位機能為 M 型的電液換向閥 10 實現換位；下缸的換向閥是中位機能為 K 型的電液換向閥 4。第三章元件選取計算四柱式液壓系統的液壓系統方案初步確定后，要進行必要計算，以最后確定液壓系統各部分的尺寸，其中主要包括油缸尺寸和液壓泵規(guī)格的確定和各個閥的選型，為下面的系統建模與仿真分析做好準備。3.1 液壓缸的尺寸3.1.1 工作缸的尺寸（1）根據液壓缸的作用力和液體的工作壓力先計算工作缸的作用面積。工作缸工作腔的作用面積： 21cm60?pS式中 ——工作缸的工作力，1P23150KNP?——液體的工作壓力， Ma（2）計算活塞和活塞桿的直徑。活塞直徑： cm401??pd設工作缸回程力 2%P1260KN?工作缸活塞桿腔的作用面積： 22cm504?pS則活塞桿的直徑： c9.304212???sd根據 GB/T2348-1993《液壓缸缸內徑和活塞桿直徑系列 》取 ，140md?230d?則活塞腔、活塞桿腔實際面積： 221cm7.564?dS???221cm4.54??dS?3.1.2 頂出缸的尺寸（1）頂出缸工作腔的作用面積： 23cm5?pS式中 ——頂出缸的工作壓力，3P360KNP?（2）計算活塞和活塞桿的直徑?；钊睆剑?cm9.1743??sd設工作缸回程力 430%25KNP?工作缸活塞桿腔的作用面積： 24cm8.10?pS則活塞桿的直徑： c9.134234??sdD?根據 GB/T2348-1993《液壓缸缸內徑和活塞桿直徑系列 》取 ，3180md?410d?則活塞腔、活塞桿腔實際面積： 223cm5.4?dS???22434cm.159??dS?3.2 計算液壓系統工作的流量按液壓缸的作用面積和液壓缸的運動速度計算液壓系統工作時的流量。在沖壓機械中，滑塊的運動在一次工作循環(huán)內一般分成幾個不同階段：快速下行行程、工作行程和快速回程。由于它們的運動速度不同，所以各階段的流量也不相同。快速下行行程：工作缸工作腔213L/min4dQV??工作缸回程腔 ??221145.8/i??慢速下行：工作缸工作腔2138.5L/min4dQV??工作缸回程腔 ??241267.9/i??工作行程：工作缸工作腔215375.4L/mindQV??工作缸回程腔 ??2613.1/i??快速回程工作缸工作腔2174603.L/mindQV??工作缸回程腔 ??281417.2/i??式中 ——快速下行速度，1V150/sV——慢速下行速度，2 2m/?——工作行程速度，3V310/sV——快速回程的速度，4 48/?主要用來決定變量泵的最大流量或低壓大流量增速泵的流量，以及計算充液系統的尺1Q寸。 主要用來確定回程腔回路的尺寸和驗算快速下行行程的速度。 主要用來決定高壓泵2 4Q的流量。 主要用來確定工作腔排油卸荷閥的尺寸或工作腔回路的尺寸，和驗算快速回程的7速度。 值也可用來確定變量泵的最大流量。8Q頂出回路頂出行程及退回行程速度相同，即此兩次行程系統流量相同：頂缸工作腔 L/min4.7610/639?vs頂缸回程腔 /i8./410Q、 主要用來確定頂出缸工作時變量泵應輸出的流量。9103.3 選擇液壓泵的規(guī)格首先確定液壓泵的最大工作壓力和最大的流量，據此便可以參照泵的產品樣本來選取規(guī)格大小相當的液壓泵。液壓泵的工作壓力與液壓缸的工作壓力并不完全相同，當滑塊運動時，由于液體流經管道和元件時產生壓力損失，所以液壓泵的工作壓力較油缸的工作壓力為高。但當油缸到達行程終點不動時，由于沒有液體的流動，這時這兩個工作壓力又相等。因此對于大多數僅在工作行程最后才需要最大壓力的工藝來講，例如壓制、成形、校準等工作，液壓泵的最大工作壓力可取等于油缸的最大工作壓力， 。式中， 為液壓泵的最大工作壓力； 為液pc?cpp壓缸的最大工作壓力。液壓泵的最大流量應略大于液壓缸需要的最大流量，考慮到系統的泄露和液壓泵磨損后容積效率的下降，可取： 1.238.9L/minpcQ?式中 ——液壓泵的最大流量p——液壓缸對液壓泵要求的最大流量，由于快速下行時液壓缸有充液系統補油，因此c取 8217.L/minQ?查《液壓系統設計元器件選型手冊》P129 表 1.77，選取 250YCY14-1B 型壓力補償變量柱塞泵，技術規(guī)格為：壓力：最高 32MPa排量：最大 50ml/r最高轉速： 1in驅動功率： 48KW3.4 確定控制閥的尺寸控制閥的尺寸按照它所通過的最大流量和最大工作壓力來選取，它們應與產品樣本上表明的閥的公稱壓力和公稱流量相近。必要時，最大流量允許超過公稱流量，但是不宜過大。因為閥內流速太高時，除引起壓力損失和發(fā)熱增加，以及噪音加大外，還可能會影響某些閥的工作性能，例如換向閥的操作力將增加，反之，如流量過小則閥的外形和重量增大，液壓系統的結構不緊湊，成本高。根據計算結果，一些主要閥元件的型號初步選擇如下：三位四通電液換向閥 4：4WF16F50/AG24溢流閥 5:DG-02-B-22節(jié)流閥 6:MG10G1.2溢流閥 7:DBDA10G10/31.5先導溢流閥 8：BG-10-32遠程調壓閥 9：DG-01-22四位三通電液換向閥 10：4WEH16G50/AG24二位三通電磁換向閥 11：4WE6D60/AG24Z4液控單向閥 12：CPT-10-50-50支撐閥 13：FBF3D10B電磁換向閥 15：3WE10A30/AG24Z4單向閥 16：S20A00第四章移動系統設計及計算4.1 電機的選擇初設承載總質量 M=2000kg，橫移速度 V=0.15m/s，由機械設計手冊查得摩擦因子μ=0.2，則帶動橫移軸轉動所需功率： kwmgvFVPW 58.01.8920. ????由機械設計手冊知電動機輸出功率： w?/0?式中 ——工作機所需功率P——減速機與工作機之間的總效率w?鏈傳動總效率： n321w????式中： ——鏈傳動效率，查得=0.961——滾動軸承效率，查得=0.99，兩對，2?代入數據得： 。94.0.9602w????則電動機的輸出功率為： =0.594kwwP?/0由于橫移的速度較慢，要求橫移電機的轉速較低，為使結構緊湊，本設計根據輸出功率選擇由臺灣明椿電機廠 生產的交流減速電動機，型號為 MLPK40075803，額定電壓]20[220V，功率 P=0.75w，速比 30，輸出轉速 n=18r/min。其外形圖與升降電動機相同，見圖 4.1。電機的主要安裝和外形尺寸如下表：表 4.1 電機外形尺寸(mm)A D E F G H L J K365 90 140 175 120 11 15 23.42 65M X Y Z P Q T W165 175 116 125 45 40 31 74.2 鏈傳動的設計初選橫移輪直徑 D=160mm，則車輪的轉速應為 min/9.17804.32516v106n2 rR?????由于電機轉速和車輪轉速幾乎相同，故傳動比為 1。1.初選鏈輪齒數由《機械設計》 表 6-6 查得 ，則從動鏈輪齒數]7[ 19?Z192?Z2.確定計算功率 cP由于載荷比較平穩(wěn)，由《機械設計》 查表 6-3 得工況系數 =1.0，因此]7[ ?K= =0.75kwcP?K03.初定中心距，確定鏈條鏈節(jié)數 Lp初定中心距 ,則鏈節(jié)數Pa20?42120210 ??????????ZZpL取 Lp=42。4.計算單排鏈所能傳遞的功率 及鏈節(jié)距 P0由《機械設計》 表 6-5 查得小鏈輪齒數系數 Kz=1.0,選擇單排鏈，由《機械設計》 表]7[ ]7[6-4 查得多排鏈系數 Kp=1.0由《機械設計》 圖 6.14 查得長度系數 =0.98 故所需傳遞的功率為]7[ LKkw7.0198.510 ????PZCKP根據額定功率和轉速查《機械設計》 圖 6.13 選擇滾子鏈的型號為 12A，由表 6-1 查得]7[鏈節(jié)距 P=19.05mm鏈標記為：12A—62GB/T1243-19975.確定鏈實際長度 L 及中心距 aL=Lp×P/1000=42×19.05/1000=0.8mm mZZLZLPaP 1.492*8224 111 ??????? ???????????????????????? ?6.計算鏈速smPZnV/1.065.918061 ?????7.計算作用在軸上的壓軸力 Q圓周力 F=1000 /V=（1000×0.75）/0.11=6818N0P按平均布置查《機械設計》 取壓軸力系數]7[ 15.?QK有 NFKQ.840615.???8.按靜強度校核鏈條由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。由參考文獻 [5]知，鏈條靜強度計算式：（2-10）pfctAnFKQn???式中： ——靜強度安全系數；——工況系數，查表 12-2-3 取 ；A 0.1?AK——鏈條極限拉伸載荷