液压传动课程大作业-压力机液压系统设计JJH

（a）负载：顶出力（顶出开始阶段）Fd＝3.6×105 N，回程力Fdh = 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

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摩擦力不计。

惯性力；快速下降时起动

Δv0.060

Faz = m = 3058× = 917 N

Δt0.2

快速回程时起动与制动

Δv0.053Fas = m = 3058× = 810 N

Δt0.2

压制力：初压阶段由零上升到F1 = 1.8×106 N×0.10 = 1.8×105 N 终压阶段上升到F2 = 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 液压缸工作压力（Pa） 液压缸推力 工作阶段 负载力FL（N） F?FLp1?FL(PL) ?cmA1?cm（N） （回程时p2?FL?cmA2） 快速下行 压制 起动 等速 初压 终压 起动 FL = Fa下 = 917 FL = 0 FL = 1.8×10 FL = 1.8×106 FL = F回 = 3.6×10 FL = mg = 30000 FL = mg- Fa下 = 30000-810 = 29190 551008 0 1.98×10 1.98×106 3.96×10 32967 5512533 0 2.46×10 24.6×106 21×10 1.75×106 66快速回程 等速 制动 32077 1.7×106 注：表1.1中的液压缸工作压力的计算利用了后续液压缸的结构尺寸。

运动分析：根据给定条件，空载快速下降行程200 mm，速度60 mm/s。

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压制行程110 mm，在开始的90 mm内等速运动。速度为6 mm/s，最后的20 mm内速度均匀地减至零，回程以53 mm/s的速度上升。利用以上数据可绘制出速度图，见图1.2b。

a 压力机液压系统负载图 b 压力机液压缸运动速度图

图1.2 液压机主液压缸负载和速度图

（2）确定液压缸的主要结构参数

根据有关资料，液压机的压力范围为20~30 MPa，现有标准液压泵、液压阀的最高工作压力为32 MPa，如选此压力为系统工作压力，液压元件的工作性能会不够稳定，对密封装置的要求以较高，泄漏较大。参考系列中现已生产的其它规格同类液压机（如63、100、200、300吨液压机）所采用的工作压力，本机选用工作压力为25×106Pa。液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来确定。

（a）主缸的内径D

4F

D = =

ηcmπp

按标准取D =320mm

4×1.8×106 = 0.317m = 317 mm

0.91×π×25×106（b）主缸无杆腔的有效工作面积A1

ππA1=D2 =×0.322=0.0804m2=804 cm2

44（c）主缸活塞杆直径d

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4Fh4×3.6×1052

d =D-=0.32-=0.287 m=287 mm

ηcmπp0.91×π×25×106按标准值取d = 280 mm

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D-d＝320–280＝40 mm＞允许值12.5 mm

（据有关资料，（D–d）小于允许值时，液压缸会处于单向自锁状态。） （4）主缸有杆腔的有效工作面积A2

ππA2 = （D2–d2）= ×（0.322–0.282）= 0.01885 m2 = 188.5 cm2

44（d）主缸的工作压力

F917

= = 12533 Pa ηcmA10.91×0.0804F1.8×105

初压阶段末 p1 = = = 2.46×106 Pa

ηcmA10.91×0.0804F1.8×106

终压阶段末 p1 = = = 24.6×106 Pa

ηcmA10.91×0.0804F3.6×105

活塞回程起动时 p2 = = = 21×106 Pa

ηcmA20.91×0.01885F30000

活塞等速运动时 p2 = = = 1.75×106 Pa

ηcmA20.91×0.01885F29190

回程制动时 p2 = = = 1.7×106 Pa

ηcmA20.91×0.01885活塞快速下行起动时 p1 =

（e）液压缸缸筒长度

液压缸缸筒长度由活塞最大行程、活塞长度、活塞杆导向套长度、活塞杆密封长度和特殊要求的其他长度确定。其中活塞长度 B=（0.6~1.0）D；导向套长度A=（0.6~1.5）d。为了减少加工难度，一般液压缸缸筒长度不应大于内径的20～30倍。 （3）计算液压缸的工作压力、流量和功率

（a）主缸的流量

快速下行时q1 = A1v1 = 804×6 = 4824cm3/s = 289.4 L/min 工作行程时q2 = A2v2 = 804×0.6 = 482cm3/s = 28.9 L/min 快速回程时q3 = A3v3 = 183.5×5.3 = 999cm3/s = 59.9 L/min （b）主缸的功率计算 快速下行时（起动）：P1 = p1q1 = 12533×4824×10-6 = 60.46 W

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