液压传动课程压力机液压系统设计

安徽建筑工业学院

液压传动

设计说明书

设计题目压力机液压系统设计

机电工程学院班

设计者

2010 年4 月10 日

液压传动任务书

1. 液压系统用途（包括工作环境和工作条件）及主要参数：

单缸压力机液压系统，工作循环：低压下行→高压下行→保压→低压回程→上限停止。自动化程度为半自动，液压缸垂直安装。

最大压制力：20×106N；最大回程力：4×104N；低压下行速度：25mm/s；高压下行速度：1mm/s；低压回程速度：25mm/s；工作行程：300mm；液压缸机械效率0.9。

2. 执行元件类型：液压缸

3. 液压系统名称：压力机液压系统。

设计内容

1. 拟订液压系统原理图；

2. 选择系统所选用的液压元件及辅件；

3. 设计液压缸；

4. 验算液压系统性能；

5. 编写上述1、2、3和4的计算说明书。

压力机液压系统设计

1 压力机的功能

液压机是一种利用液体静压力来加工金属、塑料、橡胶、木材、粉末等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺，如：锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等等。

液压机有多种型号规格，其压制力从几十吨到上万吨。用乳化液作介质的液压机，被称作水压机，产生的压制力很大，多用于重型机械厂和造船厂等。用石油型液压油做介质的液压机被称作油压机，产生的压制力较水压机小，在许多工业部门得到广泛应用。

液压机多为立式，其中以四柱式液压机的结构布局最为典型，应用也最广泛。图1.1所示为液压机外形图，它主要由充液筒、上横梁2、上液压缸3、上滑块4、立柱5、下滑块6、下液压缸7等零部件组成。这种液压机有4个立柱，在4个立柱之间安置上、下两个液压缸3和7。上液压缸驱动上滑块4，下液压

缸驱动下滑块6。为了满足大多数压制工艺的要求，上滑块应能实现快速下行→慢速加压→保压延时→快速返回→原位停止的自动工作循环。下滑块应能实

现向上顶出→停留→向下退回→原位停止的工作循环。上下滑块的运动依次进行，不能同时动作。

2 压力机液压系统设计要求

设计一台压制柴油机曲轴轴瓦的液压机的液压系统。

轴瓦毛坯为：长×宽×厚 = 365 mm×92 mm×7.5 mm 的钢板，材料为08Al ，并

图1.1 液压机外形图

1－充液筒；2－上横梁；3－上液压缸；4－上滑块；5－立柱；6－下滑块；7－下液压缸；8－电气操纵箱；9－动力机构

涂有轴承合金；压制成内径为Φ220 mm的半圆形轴瓦。

液压机压头的上下运动由主液压缸驱动，顶出液压缸用来顶出工件。其工作循环为：主缸快速空程下行→慢速下压→快速回程→静止→顶出缸顶出→顶出缸回程。

液压机的结构形式为四柱单缸液压机。

3 压力机液压系统工况

液压机技术参数：

（1）主液压缸

（a）负载

压制力：压制时工作负载可区分为两个阶段。第一阶段负载力缓慢地线性增加，达到最大压制力的10%左右，其上升规律也近似于线性，其行程为90 mm（压制总行程为110 mm）第二阶段负载力迅速线性增加到最大压制力18×105 N，其行程为20 mm。

回程力（压头离开工件时的力）：一般冲压液压机的压制力与回程力之比为5～10，本压力机取为5，故回程力为F h = 3.6×105 N。

移动件（包括活塞、活动横梁及上模）质量＝3058 kg。（在实际压力机液压系统的设计之前，应该已经完成压力机的结构设计，这里假设已经设计完成压力机的机械结构，移动件的质量已经得到。）

（b）行程及速度

快速空程下行：行程S l = 200 mm，速度v1＝60 mm/s；

工作下压：行程S2 = 110 mm，速度v2＝6 mm/s。

快速回程：行程S3 = 310 mm，速度v3＝53 mm/s。

（2）顶出液压缸

（a）负载：顶出力（顶出开始阶段）F d＝3.6×105 N，回程力F dh = 2×105 N。

（b）行程及速度；行程L4 = 120 mm，顶出行程速度v4＝55 mm/s，回程速度v5＝120 mm/s。

液压缸采用V型密封圈，其机械效率ηcm＝0.91。压头起动、制动时间：0.2 s。

设计要求。本机属于中小型柱式液压机，有较广泛的通用性，除了能进行本例所述的压制工作外，还能进行冲孔、弯曲、较正、压装及冲压成型等工作。对该机有如下性能要求：

（a ）为了适应批量生产的需要应具有较高的生产率，故要求本机有较高的空程和回程速度。

（b ）除上液压缸外还有顶出缸。顶出缸除用以顶出工件外，还在其他工艺过程中应用。主缸和顶出缸应不能同时动作，以防出现该动作事故。

（c ）为了降低液压泵的容量，主缸空程下行的快速行程方式采用自重快速下行。因此本机设有高位充液筒（高位油箱），在移动件快速空程下行时，主缸上部形成负压，充液筒中的油液能吸入主缸，以补充液压泵流量之不足。

（d ）主缸和顶出缸的压力能够调节，压力能方便地进行测量。 （e ）能进行保压压制。

（f ）主缸回程时应有顶泄压措施，以消除或减小换向卸压时的液压冲击。 （g ）系统上应有适当的安全保护措施。

4 确定压力机液压缸的主要参数

（1）初选液压缸的工作压力

（a ）主缸负载分析及绘制负载图和速度图

液压机的液压缸和压头垂直放置，其重量较大，为防止因自重而下滑；系统中设有平衡回路。因此在对压头向下运动作负载分析时，压头自重所产生的向下作用力不再计入。另外，为简化问题，压头导轨上的摩擦力不计。

惯性力；快速下降时起动

F az = m Δv Δt = 3058×0.060

0.2

= 917 N

快速回程时起动与制动

F as = m Δv Δt = 3058×0.053

0.2

= 810 N

压制力：初压阶段由零上升到F 1 = 1.8×106 N×0.10 = 1.8×105 N 终压阶段上升到F 2 = 1.8×106 N

循环中各阶段负载见表1.1，其负载图见图1.2a 。

表1.1 主缸的负载计算